Le mélanome est le cancer de la peau le plus dangereux : il est capable de métastaser rapidement vers les ganglions et les viscères, et est réfractaire aux chimio/radiothérapies. De nouvelles thérapies ciblant la kinase BRAFV600 retrouvée dans 60% des mélanomes ont montré des effets spectaculaires en termes de survie globale et sans progression de la maladie. L’efficacité de ces thérapies est compromise par l’apparition fréquente de résistances. Les cellules cancéreuses sont ancrées au sein d’un microenvironnement avec lequel elles interagissent. Elles profitent de facteurs solubles du stroma et de l’adhésion à la matrice extracellulaire (MEC) pour survivre face aux thérapies. La protéine matricellulaire SPARC orchestre les interactions entre les cellules saines ou cancéreuses et leur microenvironnement. Absente dans les mélanocytes, son expression est initiée et augmentée dans les mélanomes, corrélée à la progression tumorale et à un mauvais pronostic clinique. Lorsqu’elle est sécrétée par les cellules de mélanome, elle active la kinase AKT, déstabilise le suppresseur de tumeur p53 et favorise la prolifération/survie tumorale. Nous avons montré que le module SPARC/AKT est un nouveau déterminant de la résistance innée ou acquise des mélanomes mutés BRAFV600 aux anti-BRAF, et mis en évidence l’intérêt du ciblage de SPARC en combinaison avec des anti-BRAF ou -MEK pour optimiser/restaurer la sensibilité des mélanomes à ces inhibiteurs. Nous avons aussi montré que les fibroblastes ganglionnaires ont des caractéristiques de fibroblastes activés, et confèrent une résistance aux anti-BRAF aux cellules de mélanomes en générant une MEC permissive à laquelle elles adhérent. / Melanoma is the most dangerous form of skin cancer due to its high metastatic potential and its resistance to both classical chemo- and radiotherapies. New targeted therapies directed against the V600E oncogenic form of BRAF found in about 60% of patients have demonstrated spectacular efficacy both in terms of progression free and overall survival. However most patients invariably relapse after a few months due to resistance mechanisms. Cancer cells are anchored and interact constantly with their microenvironment. Both soluble factors and the extracellular matrix produced by stromal cells have been shown to contribute to cancer cell resistance to therapies. SPARC is a matricellular protein that orchestrates interactions between normal and/or cancer cells and their microenvironment. While it is absent in melanocytes, SPARC expression increases in melanoma and is correlated with both tumoral progression and a bad prognosis. When SPARC is secreted by melanoma cells, it activates the AKT kinase, destabilizes the p53 tumor suppressor and promotes proliferation and survival. Here we identify the couple SPARC/AKT as a new actor contributing to both innate and acquired resistance to BRAFV600E inhibitors. In addition, we demonstrate that targeting SPARC in melanoma cells increases their sensitivity to both BRAF and MEK inhibitors. Finally we show that lymph node fibroblasts share features of activated fibroblasts and confer resistance to BRAF inhibitors to melanoma cells through the production of a permissive extracellular matrix.

Le mélanome est le cancer cutané le plus meurtrier. Il est issu de la transformation maligne des mélanocytes et se dissémine rapidement dans l'organisme sous forme de métastases. A ce stade, ce cancer est réfractaire à pratiquement toutes les thérapies. Ainsi, l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques est donc incontournable pour la mise en place de biothérapies spécifiques dans le mélanome. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés au facteur de transcription E2F1 qui joue un rôle prépondérant dans le cycle cellulaire. Plus récemment, il lui a été identifié divers rôles dans les fonctions cellulaires. Ainsi, nous avons cherché à caractériser son implication dans le mélanome. Nous avons observé que E2F1 est faiblement exprimé dans les cellules saines de la peau. En revanche, elle est fortement exprimée dans le mélanome, et est corrélée à un mauvais pronostic clinique. Ainsi, nous avons montré que son inhibition réduisait la viabilité de cellules de mélanomes in vitro et in vivo dû à un arrêt du cycle cellulaire de la sénescence et d'une apoptose. Ces processus semblent être dépendants de la voie p53. Ce travail a permis de caractériser E2F1 comme une potentielle cible thérapeutique dans le mélanome non muté p53. En parallèle, nous avons initié une collaboration avec le Dr Slama-Schwok dont l'étude portait sur un composé appelé NS1, un inhibiteur de la NO-Synthase. Ce composé présente une activité anti-mélanome in vitro. En effet, il induit un stress du réticulum endoplasmique lui même conduisant à une autophagie partielle et une mort des cellules par apoptose. Ce projet ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement du mélanome métastatique. / Melanoma is the most deadly form of skin cancer. It originates from malignant transformation of melanocytes and quickly disseminates as metastasis through the body. At this stage, this cancer is refractory to almost all therapies. Thus, new therapeutic target identification is needed for setting up specific biotherapies against melanoma. In this context, we focused on E2F1 transcription factor which plays a critical role in cell cycle. Recently, it was also implicated in several cell functions. So we aimed at characterizing its implication in melanoma. We observed that E2F1 is weakly expressed in normal skin cells. On the contrary, it is strongly expressed in melanoma and its expression correlates with a bad clinical prognosis. We also showed that E2F1 inhibition decreased melanoma cell viability in vitro and in vivo, as a result of cell cycle arrest, senescence and apoptosis. These processes seem to depend on p53 pathway. With this work we characterized E2F1 as a potential therapeutic target in non-mutated p53 melanoma. In parallel, we initiated a collaboration with Dr Slama-Schwok for studying NS1 compound, a NO-synthase inhibitor. This compound presents an in vitro anti-melanoma activity. Indeed, it induces endoplasmic reticulum stress, which leads to partial autophagy and cell death by apoptosis. This work opens new perspectives for metastatic melanoma treatment.

Dans la première partie de ma thèse, nous avons étudié le rôle de la TSLP, une cytokine produite par les kératinocytes, dans la mélanogenèse. Nous avons montré que l'expression de TSLP était induite dans l'épiderme de la peau atteinte de mélanome chez la souris et l'humain. Notre resulats indiquent que la TSLP murine joue un rôle dans la croissance de la tumeur et que ce rôle s'exerçait via les cellules immunitaires. Nos résultats suggèrent l'existence d'un dialogue entre les cellules du mélanome, les kératinocytes et les cellules immunitaires jouant un rôle important dans la croissance et la métastase du mélanome. Dans la seconde partie, nous avons exploré les cytokines produites dans le contexte de la dermatite atopique et leur rôle dans l'initiation de l'asthme. Nous avons trouvé que TSLP est différemment impliquée dans la sensibilisation allergique épicutanée et dermocutanée, et nous avons identifiée l'IL-1β comme un acteur majeur dans la marche atopique. Cette étude expose de nouvelles approches pour le développement de stratégies pour prévenir ou stopper la marche atopique. / My PhD thesis aimed at studying skin inflammatory responses under two pathogenic contexts, melanoma and atopic march. In the first part, we studied the role of keratinocyte-produced cytokine TSLP in melanomagenesis. We showed that TSLP expression was induced in skin epidermis of both mouse and human melanoma. We further provided evidence that TSLP played a tumor-promoting role by ablating or overexpressing TSLP in mouse melanoma, and that such role of TSLP was mediated through immune cells. Our results suggest that a crosstalk between melanoma cells, epidermal keratinocytes and immune cells plays an important role for melanoma growth and metastasis. In the second part, we explored the cytokine factors derived from atopic dermatitis (AD) in driving the asthma. By using an innovative laser-assistant microporation system, we established novel atopic march mouse models. We found that TSLP was differentially implicated in allergen epicutaneous or dermacutaneous sensitization, and further identified IL-1β as an important player in atopic march. This study adds new insight into the development of potential strategies for preventing or stopping the atopic march.

Il a été démontré que l’acidité de l’environnement tumoral jouait un rôle dans la résistance aux chimiothérapies. L’utilisation de nanovecteurs, tels que les nanocapsules lipidiques (LNC), permet non seulement d’améliorer le temps de biodistribution de substances actives, mais aussi de cibler l’environnement tumoral tout en protégeant les actifs de cet environnement acide. L’objectif de cette thèse porte ainsi sur l’optimisation et l’évaluation de LNC furtives et pH-sensibles dans le contexte du mélanome.Dans un premier temps, ces travaux ont consisté à caractériser la vascularisation de mélanomes humain et murin. Ces études ont permis de comparer différentes tumeurs (densité, taille et structure) et de déterminer si l’usage de nanomédecines est approprié dans ce contexte.La seconde partie s’est orientée sur l’élaboration de polymères combinant furtivité et pH-sensibilité. Ces copolymères composés de N-vinylpyrrolidone (NVP)et de vinylimidazole ont été synthétisés par polymérisation RAFT et post-insérés à la surface des LNC. Ces modifications ont donné lieu à des LNC présentant des charges de surface pH-dépendantes,entrainant une augmentation de leur internalisation à pH acide dans des cellules de mélanome. Finalement, des études de biodistribution ont mis en évidence l’intérêt de la NVP dans le développement de nanovecteurs furtifs. En conclusion, les copolymères développés ont permis de prolonger le temps de circulation, mais aussi d’apporter des propriétés pH-sensibles qui pourraient améliorer l’internalisation tumorale des LNC in vivo et donc de potentialiser l’effet d’une thérapie anticancéreuse. / Tumor acidity has been shown to play a major role in resistance to chemotherapy. The use of nanomedicines, as lipid nanocapsules (LNC), allows to protect drugs from this acidic environment. They can also improve the biodistribution of therapeutics and to target the tumor environment. The aim of this thesis concerns the evaluation and characterization of stealth and pH-sensitive LNC in the context of melanoma. Firstly, these works consisted in characterizing the vascularization of human and mice melanoma. These studies allowed to compare different tumors (density, size and structure), and determine if the used of nanocarrier is suitable in the context of melanoma.The second part of this thesis described the development and the characterization of new copolymers, combining stealth and pH-sensitive properties. These copolymers, composed of Nvinylpyrrolidone(NVP) and vinylimidazole, were synthesized by RAFT polymerization and were post in sertedonto LNC surface. These modifications allowed to obtain charge reversal nanocarriers, leading to increase their melanoma cell uptake underacid pH. Finally, biodistribution of these modified nanoparticles was studied in vivo and highlighted the interest of NVP in the development of stealth nanocarriers. To conclude, the developed copolymers able to extend nanocarrier circulation time and to provide pH-responsive properties which should increase the tumor internalization of LNC invivo and potentiate the effect of anticancer drugs.

Une réponse antitumorale suite à l'induction de lymphocytes T cytotoxiques peut être générée après transfert in vitro ou directement in vivo d'ARNm d'antigènes tumoraux dans les cellules dendritiques (DCs). Cependant, peu de vecteurs permettent une introduction efficace d'ARNm dans les DCs. Nous avons élaboré des nanoparticules d'ARNm avec des polymères cationiques histidylés (polyplexes), des lipides cationiques histidylés (lipoplexes) ou un mélange des deux (lipopolyplexes). Ces vecteurs deviennent fusiogènes en milieu acide et favorisent la délivrance de l'ARNm dans le cytosol lors de son endocytose. Une optimisation de l'ARNm en ajoutant en 5' une coiffe 3'-O-méthyl-m75'GpppS'G (ARCA) et en 3' une queue de 100 adénosines (A 100) a permis la synthèse d'un transcrit ARCA-ARNm-A 100 qui permet une bonne expression de l'antigène dans les DCs. La polyéthylèneimine hisidylée a été identifiée comme étant un bon agent de transfert de l'ARNm de l'antigène du mélanome MART-1 dans les DCs matures in vitro. Pour une vaccination par injection directe de l'ARNm codant l'antigène, nous avons développé de nouvelles nanoparticules tripartites (lipopolyplexes) correspondant à des polyplexes d'ARNm ARCA-MART1-A100 avec un dérivé PEGylé de la polylysine histidylée encapsulés dans des liposomes histidylés. Par injection systémique, ces lipopolyplexes induisent un effet protecteur spécifique et significatif contre la progression tumorale cutanée et métastatique pulmonaire du mélanome murin B16F10. La mise en place d'une réponse immune de type Thl avec une forte sécrétion d'IFN-y et une activité T cytotoxique a pu être mise en évidence montrant ainsi l'intérêt des lipopolyplexes histidylés.

L'apoptose est une mort cellulaire programmée nécessaire à l'homéostasie tissulaireau cours du développement. Les cellules cancéreuses acquièrent la capacité à échapper àl'apoptose. Restaurer la capacité des cellules tumorales à mourir est une stratégiethérapeutique qui permettrait de lutter contre le cancer. Il est donc important d'identifier denouvelles cibles au sein de la signalisation apoptotique et de tester de nouvelles molécules.La mitochondrie, intégrateur central des signaux de mort cellulaire et actrice de l'exécution de l'apoptose, est une cible de choix pour développer des thérapies anti-tumorales.L'ANT (Adenine Nucleotide Translocase) est la protéine majoritaire de la membrane internemitochondriale. Elle est possède une fonction de transporteur ATP/ADP, en conditionphysiologique, et suite à un stimulus apoptotique, acquiert une activité de pore létal. Ainsi, ilest intéressant d'inhiber la fonction transporteur et d'activer la fonction pore d'ANT pourinduire l'apoptose. Il existe quatre isoformes d'ANT : ANT1, 2, 3 et 4. Nous avons étudié lerôle d'ANT4, récemment identifiée, dans la signalisation apoptotique. Notre étude montre lerôle anti-apoptotique d'ANT4 dans des cellules cancéreuses et l'intérêt d'ANT comme ciblethérapeutique anti-cancéreuse.Une augmentation de l'expression de protéines anti-apoptotiques, l'adaptation auxstress cellulaires et l'activation de voies de survie sont les mécanismes les plus fréquemmentdécrits pour expliquer la chimiorésistance du mélanome. A l'aide de modèles cellulaires, nousavons étudié la capacité de deux nouvelles molécules : Withaférine A (WFA) et Plumbagine(PBG) à stimuler l'apoptose et déterminé les mécanismes moléculaires impliqués. Nous avonsmontré la capacité de WFA à induire spécifiquement la voie mitochondriale de l'apoptose decellules de mélanome par un mécanisme dépendant de la production d'espèces activées del'oxygène (EAO) qui déclenchent la voie mitochondriale et de la diminution du niveaud'expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. En revanche, PBG induit une mortapoptotique et une mort nécrotique des cellules de mélanomes. Dans les deux cas, PBG agitpar l'augmentation des EAO suite au déclenchement d'un stress du reticulum endoplasmique.WFA et PBG sont donc deux molécules pro-oxydantes capables d'induire la mort des cellulesde mélanome en tirant partie de leur vulnérabilité au stress oxydant.Nos travaux ont participé à la mise en évidence d'une cible thérapeutique anticancéreusepotentielle et de deux agents capables d'induire la mort cellulaire dans un contextede chimiorésistance.

Deux différents types de vecteurs, les nanocapsules lipidiques (LNC) et les systèmes multimodulaires (MMS) ont été développés pour l'administration par voie systémique de deux types d'acides nucléiques, l'ADN et les petits ARN à interférence (siRNA). Ces vecteurs sont formulés à base de complexes d'acides nucléiques et de lipides cationiques (lipoplexes) qui ont été soit encapsulés au coeur des LNC, soit recouverts de stabilisateurs stériques afin de former des MMS. Une partie du travail a consisté à développer des vecteurs de siRNA et à les caractériser par des méthodes physico-chimiques. En fonction du lipide cationique utilisé, jusqu'à 65% de siRNA ont pu être encapsulés dans les LNC, en présentant des caractéristiques appropriées pour une administration par voie systémique. La seconde partie a consisté à approfondir la caractérisation des vecteurs d'ADN et à analyser leur profil de distribution en utilisant de l'imagerie par fluorescence in vivo. Chez la souris saine, les vecteurs d'ADN ont présenté des profils de biodistribution spécifiques à leur composition. Sur deux modèles tumoraux (gliome sous-cutané et mélanome), les vecteurs ayant un temps de circulation prolongé ont également montré une co-localisation intéressante avec les cellules tumorales. Afin de mettre en évidence l'efficacité de ces vecteurs, un plasmide codant pour la tymidine kinase du virus herpes simplex (HSV-tk) a été encapsulé et administré. Puis un traitement par le ganciclovir (GCV) basé sur l'approche par gène suicide a été effectué. Les premiers résultats sont concluants, montrant une baisse de croissance tumorale après quelques jours de traitement aussi bien dans le modèle de gliome que dans celui du mélanome. Ces résultats indiquent que ces outils sont prometteurs pour une variété d'applications en thérapie génique.

L’objectif de ma thèse a été de développer de nouvelles sondes utilisables en imagerie biomédicale, basées sur l’utilisation d’aptamères, pour la détection de deux types de tumeurs : les glioblastomes et les mélanomes. Les traceurs développés ont pour objectif de cibler la protéine matricielle hMMP-9. Lors d’une thèse précédente, un aptamère anti hMMP-9 noté F3B a été obtenu. Afin de transformer cet aptamère en une sonde pour l’imagerie biomédicale, différents conjugués F3B ont été préparés: Cy5, DOTA ou MAG3. L’affinité des nouveaux conjugués pour l’hMMP-9 a été évaluée par SPR et sur coupes de tumeurs. Des études de biodistribution des conjugués F3B-DOTA et F3B-MAG3 ont été réalisées sur des souris portant le mélanome, les résultats ont montré que les deux aptamères marqués détectent spécifiquement l’hMMP-9. De plus, la détection de la protéine hMMP-9 par le conjugué F3B-CY5 a été confirmée par imagerie de fluorescence. Afin d’améliorer la sensibilité de détection des tumeurs, deux types de modifications ont été envisagées, développer des structures multimériques de F3B et élaborer d’un système bi-fonctionnel. Pour ces deux approches, nous avons synthétisé un dendrimère à point focal, pouvant donner accès à une imagerie multi-modale. Ce dendrimère porte deux ou trois bras espaceur porteurs d’un groupement azoture utilisé pour le couplage avec les aptamères par la chimie «click». Le dendrimère porte au point focal une fonction amine NH2 utilisée pour fixer une biotine, afin de déterminer l'affinité Kd de cette nouvelle sonde par SPR. Par la suite un ligand DOTA sera fixé afin de pouvoir visualiser ce traceur en TEMP. / The aim of my thesis was to develop new probes that can be used in biomedical imaging, based on the use of aptamers for the detection of two types of tumors: glioblastomas and melanomas. Tracers have been developed with the aim to target the matrix protein hMMP-9. In a thesis, an aptamer anti-hMMP-9 noted F3B was obtained. Based on this compound, different derivatives were prepared for using in biomedical imaging: F3B-Cy5, F3B-DOTA or F3B-MAG3. The affinity of the new conjugates for hMMP-9 was evaluated by SPR and on sections of human melanomas. Biodistribution studies of F3B-DOTA conjugates and F3B-MAG3 were performed at on melanoma bearing mice, the results showed that both radiolabeled aptamers specifically detected the hMMP-9. In addition, optical fluorescence imaging confirmed the binding to hMMP-9 by F3B-CY5. In order to improve tumor detection sensitivity, two types of modifications were investigated: developing of F3B multimeric structures and a bi-functional system. For both these approaches, we synthesized a dendrimer with a focal point, which could give access to a multi-modal imaging. This dendrimer has two or three spacers bearing an azide group used for coupling with aptamers by "click" chemistry. The dendrimer carrying at the focal point an amine function NH2 used for fixing biotin in order to determine the affinity Kd of this new probe by using SPR. A DOTA ligand will be fixed later in order to view this tracer in SPECT.

Le purinorécepteur P2X7 joue un rôle majeur dans les phénomènes de dégénérescences (Alzheimer, DMLA) et mort cellulaires. Récemment des études ont montré que l’activation basale de ce récepteur est indispensable dans le processus de cicatrisation et de prolifération cellulaire. Nous avons essayé de mieux comprendre le paradoxe de cette activation du récepteur P2X7 qui oriente vers la prolifération et même les métastases tumorales, mais aussi vers les mécanismes de dégénérescence cellulaire. L'influence du microenvironnement (Lipides, matrice extracellulaire, oxygène) apparait essentielle pour comprendre ces différents effets. Notre premier objectif a été d’étudier l’impact de la modulation du microenvironnement du récepteur P2X7 par des composants de la matrice extracellulaire. Ainsi, sur un modèle de cicatrisation cutanée, nous avons mis en évidence l’impact de la taille des fragments du hyaluronate de sodium (composant prédominant dans la matrice extracellulaire). Nos résultats ont montré que l’activation du récepteur P2X7 dépend du poids moléculaire du hyaluronate de sodium. Notre deuxième objectif a été de moduler le microenvironnement lipidique du récepteur P2X7. Nous avons sélectionné une huile riche en acides gras insaturés et avons ainsi étudié son effet sur l’activation du récepteur P2X7. Sur nos modèles de cicatrisation, nous avons mis en évidence qu’une modulation du microenvironnement lipidique du récepteur P2X7 influence son activation. D’autre part la modulation du microenvironnement lipidique sur des cellules tumorale de mélanome active les voies de dégénérescence ouvrant la perspective de nouvelles stratégies thérapeutiques. / The purinoceptor P2X7 plays a role in cytotoxic degenerative processus (Alzheimer, AMD) and cell death. Recent studies have shown that basal activation of this receptor is essential in the healing process and cell proliferation. We tried to understand the paradox that activation of P2X7 receptor that directs to the same proliferation and tumor metastasis, but also to the mechanisms of cell degeneration. The influence of the microenvironment (lipids, extracellular matrix, oxygen) appears essential to understand these effects. Our first objective was to study the impact of the modulation of P2X7 receptor microenvironment by extracellular matrix components. On cell monolayer model of wound healing we have highlighted the impact hyaluronan molecular weight (predominant component in the extracellular matrix). Our results showed that activation of P2X7 receptor is dependent on hyaluronan molecular weight. Our second objective was to modulate lipid microenvironment P2X7 receptor. We selected an oil rich in unsaturated fatty acids and thus have studied its effect on the activation of P2X7 receptor. In our models of healing and melanoma cell, we have demonstrated that modulation of lipid microenvironment affects P2X7 activation.

Le mélanome est un cancer dont la mortalité augmente rapidement avec le temps. Afin d'assurer une détection précoce, des campagnes de sensibilisation ont été menées donnant des critères morphologiques pour le distinguer des grains de beauté. Mais, l'origine des différences d'aspects entre lésions bénignes et malignes reste inconnue. L'objectif est ici de relier les effets des modifications génétiques à l'aspect des tumeurs, en utilisant des outils venus de la physique macroscopique. Les mélanomes ont l'avantage d'être facilement observables et fins, ce qui en font un système idéal. Ce travail commence par rappeler les aspects physiologiques des cancers de la peau. On explique le fonctionnement de la peau saine, puis nous décrivons les différents types de lésions cutanées, et enfin nous donnons un bref aperçu des différents chemins génétiques connus menant au mélanome. Ensuite, nous faisons un rappel des différents modèles mathématiques du cancer. Nous nous attardons sur l'utilisation de la théorie des mélanges comme base théorique de mise en équation des tumeurs. Nous l'appliquons ensuite dans un modèle simplifié à deux phases en deux dimensions. Puis, nous analysons ces équations. Une étude des composantes spatiales montre la possibilité d'un processus de séparation de phases : la décomposition spinodale. L'étude temporelle permet de montrer que ces équations contiennent les ingrédients nécessaires à décrire plusieurs types de mélanomes observés in vivo. Nous terminons par l'étude des effets de la troisième dimension jusqu'alors mis de côté dans le modèle. Nous mettons en équation des mélanomes évoluant sur un épiderme ondulé, au niveau des mains et des pieds. / Melanoma is a cancer whose mortality grows rapidly with time. In order to insure an early diagnosis, advertising campaigns have emphasized the importance of morphological criteria in order to distinguish moles from melanoma. But, the origins of those criteria are still poorly understood. Our goal is to understand the link between genetic modifications and melanoma patterns using physical tools. As melanoma is easily observable and thin, this makes it an ideal system. This work begins by recalling the physiological aspect of skin cancer. Healthy skin is thoroughly described, then cancerous lesions are depictesd, and melanoma genetic pathways are briefly discussed. Then, continuous mathematical models of cancer are reviewed. We show how mixture theory is used to put cancer into equations. Then, this framework is simplified in a two phases 2D model.Those equations are analysed. The spatial study shows the possibility of a phase separation process: the spinodal decomposition. And, the time study shows thet this model contains the ingredients necessary to describe several melanoma types seen in vivo.Focussing finally on the third dimension. Melanoma evolving on a wavy epidermis (hands and feet skin) are studied. We explain how melanoma patterns should follow the skin ridges (fingerprints).