Bien qu'il concerne que 10% des cancers de la peau, le mélanome cutané est à l'origine de 80% de la mortalité due à ce type de cancer. L'objectif de mon travail de thèse était de mesurer l'efficacité cytotoxique de nouveaux complexes de platine (les NHC-Pt) dans le mélanome cutané métastatique, mais également de décrire leurs mécanismes d'action. Ces complexes pouvant être radiomarqués, nous avons vérifié l'hypothèse selon laquelle les propriétés chimiotoxiques du platine peuvent être combinées aux propriétés radiotoxiques d'électrons de faible énergie émis par l'iode 123. Enfin, ce radiomarquage a permis une première approche de la biodistribution des composés NHC-Pt. J'ai montré que le composé NHC-Pt-I2, avait un effet cytotoxique important dans des lignées de mélanome métastatiques BRAF mutés et wild-type ainsi que dans des lignées de mélanome rendues résistantes au vemurafenib, un inhibiteur de BRAF. L'obtention de cet effet après une exposition très courte (1h) des cellules, témoigne de la rapidité de déclenchement des processus cytotoxiques cellulaires, contrairement à ce qui a été observé avec le cisplatine et la dacarbazine. Les études de pharmacocinétique ont permis de rapporter l'importance de l'effet cytotoxique obtenu avec un traitement d'1h sur les cellules à une accumulation cellulaire du composé NHC-Pt-I2 importante. Cette accumulation était supérieure (95 fois) à celle du cisplatine, et permettait une induction massive de dommages à l'ADN. Les études mécanistiques ont montré que les composés NHC-Pt induisaient l'apoptose des cellules d'une part via la voie Bcl-xL, et d'autre part via une autre voie dépendante des pan-caspases non identifiée à l'heure actuelle. Le radiomarquage par l'iode-123 du composé NHC-Pt-Br2 a permis d'étudier sa biodistribution in vivo chez la souris. Le composé NHC-Pt-Br-123I présente une distribution rapide et importante vers le compartiment sanguin, une accumulation très faible dans les principaux organes, et une légère accumulation tumorale. En revanche, l'étude de la synergie des effets cytotoxiques du Pt par l'effet des électrons de faible énergie émis par l'I123 a été limitée par le très faible rendement de marquage de composés radiomarqués obtenu. Les résultats obtenus durant ce projet de thèse ont permis de révéler le potentiel important des composés NHC-Pt comme outil thérapeutique du mélanome cutané métastatique / Although only 10% of skin cancers are due to cutaneous melanoma, but it’s still responsible for 80% of the mortality caused by this type of cancer. The aim of my thesis was evaluating the cytotoxicity of new platinum complexes (NHC-Pt) in metastatic cutaneous melanoma and investigating their mechanisms of action. These complexes can be radiolabeled. We studied if chemotoxicity of platinum combined by radiotoxicity of low energy electrons emitted by 123 Iodine (123I) can lead to a higher cytotoxicity. This radiolabelling also permitted us to study the biodistribution of the NHC-Pt compounds. We have shown that the compound NHC-Pt-I2, not only had a significant cytotoxic effect on mutated and wild-type BRAF metastatic melanoma cell lines but also on melanoma cell lines resistant to vemurafenib which is a BRAF inhibitor. Getting results in a very short cell exposure time (1h), showed a rapid onset of cellular cytotoxicity, and it’s contrary to what was observed in cisplatin and dacarbazine. We also showed that cytotoxic effect obtained by 1h treatment of cells was due to higher cellular accumulation of the NHC-Pt-I2. This higher accumulation was about 95 times more than that of cisplatin and allowed much more DNA damage induction. Our Mechanistic studies showed that NHC-Pt compounds induce cell apoptosis via the Bcl-xL pathway and also there is another pathway dependent on pancaspases which is still unidentified. The radiolabelling with 123I of the NHC-Pt-Br2 enabled the in vivo study of its biodistribution in mice. The NHC-Pt-Br-123I compound had a fast and important distribution to the blood compartment, and a very slight accumulation in the main organs, and also in tumors. On the other hand, the study of amplification of Pt cytotoxicity by the effect of 123I was limited by very low labelling efficiency of radiolabelled compounds. The reason of this low efficacy may be the special commercial saline solutions of 123I that we used. The results achieved during this thesis project revealed the important potential of NHC-Pt compounds as a therapeutic tool for metastatic cutaneous melanoma

Le mélanome cutané est l'un des cancers les plus agressifs et mortel capables de dissémination métastatique à distance. L’intravasation cellules tumorales dans le vaisseau sanguin dans les tumeurs primaires et l'extravasation sont des étapes importantes dans la formation de métastases. Ces étapes impliquent la perturbation de la barrière endothéliale par des cellules tumorales afin de faciliter leur migration transendothéliale et la colonisation métastatique. Cependant, le processus par lequel les cellules tumorales modulent l'intégrité des jonctions vasculaires est encore mal compris. Afin de déterminer les facteurs de perméabilité sécrétés par les cellules métastatiques, nous avons identifié la protéine matricielle SPARC comme un facteur critique contribuant à la perméabilité vasculaire et l'extravasation des cellules tumorales. Nous montrons que SPARC sécrété par les cellules de mélanome induit une perméabilité vasculaire via l'ouverture des jonctions intercellulaires des monocouches endothéliales et entraîne la migration transendothéliale de cellules de mélanome. In vivo, l’extinction de SPARC mène à une diminution drastique dans la colonisation à court et long terme des poumons et de la perméabilité des capillaires pulmonaires. A l’inverse, sa surexpression augmente les capacités d’extravasation et les métastases. / Cutaneous melanoma is one of the most aggressive cancers capable of distant and lethal metastatic spread. Tumor cell intravasation into blood vessel at primary tumor sites and subsequent extravasation are critical steps in the formation of metastases. These steps entail disruption of the endothelial barrier by tumor cells to facilitate their transendothelial passage and metastatic seeding. However, the way by which tumor cells modulate vascular junction integrity is still poorly understood. In an attempt to determine permeability factors secreted by metastatic cells, we identified the matricellular protein SPARC as a critical signaling factor that contributes to elevated vascular permeability and tumor cell extravasation. We show that SPARC released by melanoma cells enhances vascular leakiness by inducing opening of intercellular junctions of endothelial monolayers and drives melanoma cell transendothelial migration. In vivo vascular permeability and metastatic assays demonstrate that SPARC deficiency abrogates tumor-induced permeability of lung capillaries and prevents extravasation from blood vessels and metastasis, whereas overexpression of SPARC increases the lung metastatic potential of melanoma cells. Mechanistically, SPARC-induced endothelial gap formation and transmigration is dependent on vascular cell adhesion molecule (VCAM1) and p38 MAPK signaling pathway in endothelial cells. Importantly, blocking VCAM1 impedes melanoma cell extravasation. The clinical relevance of our findings is highlighted by the high levels of SPARC detected in tumor cells from human pulmonary melanoma lesions.

La résistance à l'anoïkis est une étape importante vers la transformation maligne. Afin de comprendre les mécanismes de survie des cellules de mélanome hautement métastatique B16F10, un matériau cellulosique développé dans le laboratoire (CEL), ainsi que le polyHEMA ont été utilisés comme supports anti-adhésifs. Les cellules, au contact de ces revêtements adoptent une architecture en 3D qui est représentative de la situation in vivo. Le polystyrène sur lequel les cellules s'étalent (2D) et prolifèrent a été utilisé comme support de référence. Le comportement de la lignée de mélanome murin utilisée est comparé à celui de deux autres lignées murines identifiées sensibles à l'anoïkis : les fibroblastes Swiss 3T3 et les pré-ostéoblastes MC3T3. Nous avons pu mettre en évidence des dysfonctionnements représentant des «verrous» moléculaires pouvant être impliqués dans la survie des cellules de mélanome : en particulier l'activation prolongée de RhoA, la faible activation des caspases 3 et 9, l'activation de la voie de survie intracellulaire PI3K/AKT, l'expression élevée des intégrines et prolongée de la survivine. Nous avons alors cherché à lever certains de ces « verrous » en faisant agir des inhibiteurs chimiques ou en utilisant des siRNA. Un effet significatif sur la prolifération cellulaire a été observé en inhibant la voie PI3K/AKT. En revanche, l'hypothèse d'un rôle déterminant de la fibronectine dans le comportement des cellules B16F10 n'a pas été confirmée, au niveau de l'expression du gène (mesurée par qRT-PCR ou inhibée par siRNA). Enfin, des résultats prometteurs ont été obtenus sur l'effet anti-tumoral de la pectine Okra sur les cellules B16F10 cultivées en 3D.

Plusieurs stratégies thérapeutiques innovantes dans le traitement du cancer ciblent les Toll-like receptor (TLR) par l'utilisation d'agonistes synthétiques dont les plus utilisés ciblent les TLR7 et -9. Ces TLR sont exprimés de façon prédominante par les cellules dendritiques plasmocytoïdes (pDC). Les pDC produisent de grandes quantités d'IFN de type I et peuvent cross-présenter des antigènes, permettant de faire le lien entre l'immunité innée et adaptative. Ces cellules sont donc un sujet d'investigation pour le développement de nouvelles immunothérapies anticancéreuses. Cependant, les voies de signalisation exactes induites après engagement du TLR7 chez les pDC humaines restent à être déterminées. Pour cela, nous avons étudié dans une première partie les voies de signalisation induites par des ligands de TLR7 dans les pDC humaines. Cette étude nous a permis de mettre en évidence une nouvelle voie de signalisation conduisant à l'expression rapide des gènes induits par l'IFN (ISG) et ce de façon indépendante de l'IFN de type I. Dans une deuxième partie, nous avons déterminé si cette voie particulière peut être induite dans les pDC après stimulation du TLR9 et nous nous sommes intéressés à identifier les facteurs signalétiques responsables de l'activation de cette voie de signalisation. Enfin, nous avons caractérisé les cellules dendritiques circulantes chez les patients porteurs de mélanome afin de savoir si ces cellules sont mobilisables et activables dans l'optique de la mise en place d'une immunothérapie ciblant les TLR. Ces travaux renforcent l'idée que les pDC constituent une cible de choix pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques anti-tumorales.

Le mélanome est une tumeur originaire des mélanocytes; c'est la forme la plus agressive des cancers cutanés. Son incidence s'accroît régulièrement. De plus sa résistance aux traitements actuels (chimiothérapie, radiothérapie et immunothérapie) ne laisse qu'une faible espérance de survie aux patients présentant un stade avancé de la maladie. Aujourd'hui il est nécessaire de développer de nouveaux traitements ciblés sur la cellule tumorale. Une stratégie originale consisterait à étudier le phénomène naturel de régression spontanée des mélanomes. Malheureusement chez l'homme la régression n'est que partielle et l'extrême rareté des cas de régression totale à un stade avancé de la maladie rend impossible son étude. Cependant le modèle porcin de mélanome cutané (MeLiM) présente une opportunité unique d'étudier ces mécanismes complexes de régression spontanée. En effet, les minis porcs MeLiM developpent des mélanomes héréditaires qui régressent totalement et spontanément, indépendamment de tous facteurs externes. Actuellement, les mécanismes responsables de cette régression spontanée sont peu ou mal connus. C'est pourquoi l'objectif principal de cette thèse a été l'étude des mécanismes de la régression spontanée du mélanome dans ce modèle animal. Dans un premier temps, grace à la technique d'hybridation suppressive soustractive (HSS) nous avons comparé le transcriptome d'une tumeur en croissance et d'une tumeur en tout début de régression. Dans le but de distinguer les signaux provenant du microenvironnement tumoral de ceux propres à la cellule tumorale, nous avons également réalisé une HSS à partir des cellules isolées d'une tumeur en progression et d'une tumeur au début de la régression. Nous avons trouvé très peu de gènes en commun entre les deux HSS. Nous avons donc focalisé notre étude sur les résultats issus de la HSS à partir des tumeurs. Des gènes surexprimés chez le porc pendant la phase de proliferation tumorale sont également retrouvés dans les études d'expression conduites dans le mélanome chez l'homme (TYR, MITF, MLANA, SDCBP, SILV, TYRP and ZFP106). Au tout début du phénomène de régression, on observe une surexpression des gènes impliqués dans les fonctions de la differentiation, le système immunitaire, l'arrêt du cycle cellulaire et la suppression des tumeurs. Deux gènes CD9 et RARRES1 montrent une très forte surexpression pendant la régression tant au niveau transcriptomique que protéique. Le CD9 est lié à la motilité cellulaire et RARRES1 est un gène potentiel suppresseur de tumeur. Dans un second temps, la dynamique du processus de régression a été étudiée grâce à la technologie des puces à ADN qui a permis d'établir un profil cinétique de l'expression génique. Ainsi, pour chacun des stades de la régression une corrélation entre la signature génique et son expression phénotypique a pu être établie. La signature de la régression comprend entre autres, des gènes impliqués dans la réponse immunitaire, le cycle cellulaire et la différentiation ainsi que la pigmentation des mélanocytes. Ce travail révèle que la régression des mélanomes semblerait être lié à une sous régulation précoce du cycle cellulaire. De plus le système immunitaire semble jouer un rôle majeur dans l'éradication des cellules tumorales. Par immunohistologie et cytometrie en flux, nous avons caracterisé le phenotype des cellules infiltrant les tumeurs : les cellules de l'immunité innée et acquise. On observe deux phases pendant le processus de la régression : une phase précoce consistant principalement à une infiltration par des cellules presentatrice d'antigènes (SWC3+) puis une phase d'infiltration tardive par des lymphocytes cytotoxiques (CD8+). La régression s'accompagne également de la présence de grosses cellules hyperpigmentées que nous avons commencés à caracteriser. Ce travail a permis de montrer qu'il existe des similarités entre le transcriptome du mélanome chez le porc et chez l'homme en plus de celles déjà observées au niveau clinique et génétique ce qui permet de confirmer l'utilité de ce modèle pour l'étude du mélanome chez l'homme. Il a surtout permis de disséquer le processus de régression au niveau cellulaire et moléculaire. Ainsi on a observé un signal précoce d'arrêt en mitose des cellules tumorales, phénomene inconnue jusqu'alors, puis une implication du système immunitaire. Il reste à demontrer si ce dernier est le réel inducteur de la régression. D'ores et déjà, ce travail apporte des cibles à utiliser pour développer des traitements contre le mélanome chez l'homme.

Les antigènes exprimés sur les cellules cancéreuses peuvent être ciblées par des anticorps monoclonaux thérapeutiques (mAbs) capables, d'induire une réduction de la masse tumorale. Dans la plupart des cas, la fixation des mAbs à la surface des cellules tumorales induit, par la portion Fc, le recrutement de cellules phagocytaires et cytotoxiques qui expriment des récepteurs pour la pour la portion Fc des IgG (RFcy). Chez l'homme et chez la souris plusieurs RFcy existent et ont différentes fonctions et expression à la surface des cellules hématopoïétiques. En revanche, lequel parmi les multiples RFcy est responsable pour l'activité thérapeutique des anticorps monoclonaux n'est pas connu, ni quelle population cellulaire qui les exprime est responsable de la destruction des cellules tumorales. Au cours de ma thèse j'ai développé deux modèles d'immunothérapie à base d'anticorps monoclonaux chez la souris : un modèle syngenique (Melanome B16) et un modèle xenogenique (Cancer du sein humain BT474). Dans ces modèles, l'injection de l'anticorps murin TA99 qui reconnaît la protéine gp75 exprimée par les cellules tumorales B16, d'une part, et l'injection de l'anticorps humanisé Trastuzumab qui reconnaît le récepteur HER2 exprimé par les cellules BT474, d'autre part, induit une réduction de la masse tumorale. En utilisant ces deux modèles j'ai identifié des récepteurs murins (RFcyI/RFcyIII) et humains (RFcyI/RFcyIIA) responsables de l'activité anti tumorale de ces anticorps. De plus, j'ai identifié les neutrophiles comme population cellulaire responsable de la destruction des cellules tumorales en présence des anticorps thérapeutiques.

Le mélanome acro-lentigineux (ALM) est le 4ème sous-type histologique de mélanome et représente moins de 10% des mélanomes. Beaucoup de controverses entourent ce sous-type rare, comme un plus mauvais pronostic. L'objectif de notre travail était de mieux caractériser l'ALM sur le plan épidémiologique, clinique, histologique, et évolutif et d'identifier d'éventuels facteurs pronostiques. Entre 1996 et 2004, 126 cas d'ALMs (6% des mélanomes) ont été répertoriés et suivis dans le service de dermatologie de l'Hôpital de l'Hôtel-Dieu, Lyon. Toutes les lames histologiques ont été récupérées et systématiquement relues. Les analyses statistiques ont été réalisées par comparaison de sous-groupes, calculs et comparaison des courbes de survie par la méthode de Kaplan-Meier et le test de Log-Rank, et recherche de facteurs pronostiques indépendants en utilisant le modèle de régression logistique de Cox. La survie médiane sans récidive et spécifique étaient respectivement de 10,1 et 13,5 ans. Le taux de survie à 5 ans était de 76%. Dans la première partie de notre travail, nous avons étudié toutes les caractéristiques épidémiologiques et cliniques de l'ALM, afin de mieux comprendre l'histoire clinique. Les hommes avaient un plus mauvais pronostic ainsi que les formes achromiques. La seconde partie est une étude détaillée des particularités anatomo-pathologiques des ces tumeurs, avec une évaluation de leur signification pronostique. L'analyse multivariée des facteurs pronostiques a permis de souligner l'impact de l'index mitotique et de la présence de microsatellites en histologie. Enfin, la troisième partie de notre travail avait pour but de préciser les critères dermoscopiques d'aide au diagnostic de l'ALM, dont le retard diagnostique est fréquent. A partir d'une des plus grandes séries de cas d'ALM, notre travail souligne le caractère distinct de ce sous-type de mélanome, dont le mauvais pronostic est vraisemblablement lié à un stade avancé au diagnostic, la dermoscopie constituant une aide précieuse pour un diagnostic plus précoce.

La mélanomagenèse est un processus complexe sous-tendu par des mécanismes cellulaires et moléculaires variés. L'ensemble de ces mécanismes moléculaires est impliqué dans les réseaux moléculaires permettant une signalisation coordonnée au sein de la cellule. De nombreuses publications montrent que les voies de signalisation MAPK et PI3K/AKT ont un rôle important dans la mélanomagenèse. NRAS et BRAF sont des oncogènes de la voie MAPK mutés respectivement dans 20% et 50% des mélanomes. PTEN est un gène suppresseur de tumeur inhibant la voie PI3K/AKT, dont la perte est souvent associée aux mutations de BRAF. Le traitement récent des mélanomes métastatiques avec les inhibiteurs spécifiques de BRAFV600E donne des résultats exceptionnels, mais ces résultats sont limités aux patients dont le mélanome est porteur de la mutation BRAFV600E, et il existe naturellement des échappements thérapeutiques, parfois lié à l'apparition de mutations NRAS. Nous avons choisi d'étudier le rôle de NRAS et de PTEN, qui sont des protéines majeures des voies MAPK et PI3K. Le but de ce travail est d'évaluer la coopération de NRAS et PTEN au cours de la mélanomagenèse. L'expression de PTEN est fréquemment altérée au cours du mélanome, mais le rôle de PTEN est mal connu. Au cours de ce travail, nous décrivons pour la première fois une mutation de NRAS concomitante à une perte de PTEN dans des prélèvements humains de mélanome et dans des lignées cellulaires humaines. Afin de comprendre l'effet de cette double mutation sur la mélanomagenèse, nous avons étudié des souris transgéniques avec expression d'une forme oncogénique de NRAS et/ou inactivation de PTEN dans le lignage mélanocytaire. L'inactivation isolée de PTEN n'a aucun effet sur la mélanomagénèse. En revanche, en association avec la mutation oncogénique de NRAS, la perte de PTEN accélère le développement des mélanomes, en réduisant le temps de latence et en provoquant l'apparition de métastases plus nombreuses en comparaison aux mélanomes présentant uniquement la mutation oncogénique de NRAS. Nous avons également démontré que la perte de PTEN induit un échappement au phénomène de sénescence. En conclusion, l'inactivation de PTEN coopère avec les mutations de NRAS pour l'initiation et la progression des mélanomes.

La délimitation précise du contour des lésions pigmentées sur des images est une première étape importante pour le diagnostic assisté par ordinateur du mélanome. Cette thèse présente une nouvelle approche de la détection automatique du contour des lésions pigmentaires sur des images couleurs ou multispectrales de la peau. Nous présentons d'abord la notion de minimisation d'énergie par coupes de graphes en terme de Maxima A-Posteriori d'un champ de Markov. Après un rapide état de l'art, nous étudions l'influence des paramètres de l'algorithme sur les contours d'images couleurs. Dans ce cadre, nous proposons une fonction d'énergie basée sur des classifieurs performants (Machines à support de vecteurs et Forêts aléatoires) et sur un vecteur de caractéristiques calculé sur un voisinage local. Pour la segmentation de mélanomes, nous estimons une carte de concentration des chromophores de la peau, indices discriminants du mélanomes, à partir d'images couleurs ou multispectrales, et intégrons ces caractéristiques au vecteur. Enfin, nous détaillons le schéma global de la segmentation automatique de mélanomes, comportant une étape de sélection automatique des "graines" utiles à la coupure de graphes ainsi que la sélection des caractéristiques discriminantes. Cet outil est comparé favorablement aux méthodes classiques à base de coupure de graphes en terme de précision et de robustesse.

Le projet concerne des molécules hétérocycliques, de faible poids moléculaire, présentant des activités cytotoxiques comparables à celles des meilleurs anticancéreux actuellement sur le marché. Ces molécules sont originales, protégées par un brevet international et un brevet de sélection déposé en décembre 2014. La synthèse des premières molécules leaders est maîtrisée et l’exemplification de la diversité moléculaire est en cours. Les études menées pour définir leur profil d’activité permettent d’identifier des caractéristiques tout à fait originales. Le projet, en phase de développement préclinique académique, a permis l’identification de composés leaders présentant des potentiels de développement en tant qu’anticancéreux. Le mécanisme exact des molécules développées est encore en cours d’étude et permettra de définir s’il s’agit d’un mode d’action unique ou multiple. Plusieurs têtes de séries ont pu être identifiées avec visiblement des modes d’actions différents. En effet, les composés EAPB0203 et EAPB0503 montrent un effet dose à partir de 1 µM sur la polymérisation de la tubuline mais la molécule EAPB02303, la plus active sur la lignée A375 (CI50 = 10 nM, de dix fois à cent fois plus active que les deux précédentes), ne montre aucune fixation à la tubuline à la dose de 1µM suggérant un mécanisme d’action différent et original. Le sujet de recherche présenté concerne le développement des études précliniques de ces molécules à visée anticancéreuse. Le premier axe de travail a été de mettre au point une formulation galénique de l'EAPB0503 sous forme de nanocapsules lipidiques. Afin d’optimiser la biodisponibilité des composés, sans perdre leur activité intrinsèque, nous avons ensuite réalisé une modulation chimique sur la structure la plus active des Imiqualines : l’EAPB02303. Afin d’améliorer la balance globale hydrophilie/lipophilie (HLB) des composés dérivés de l’EAPB02303, nous avons greffé un résidu acide aminé en position 4. Enfin, la mise au point d’une méthode de dosage de l’EAPB02303 et l’EAPB02302 en milieu plasmatique en vue d’une étude pharmacocinétique a été le dernier axe du travail de thèse. / The project relates to heterocyclic molecules, low molecular weight, having cytotoxic activities similar to those presented by the best anticancer agents currently on the market. These molecules are originals, protected by an international patent and a selection patent filed in December 2014. The synthesis of the first molecules leader is under control and the exemplification of molecular diversity is underway. Studies to define their activity profile allow to identify quite original features. The project, in its academic preclinical development phase, enabled the identification of leader’s compounds with potential for development as anticancer. The exact mechanism of the molecules developed is still under study and will determine whether there is a single or multiple mode of action. Several series leads were identified with apparently different modes of action. Indeed, compounds EAPB0203 and EAPB0503 show a dose effect from 1 µM on tubulin polymerization but compound EAPB02303, the more active on A375 cell line (IC50 = 10 nM, ten times to hundred times more active than the preceding two), shows no binding to tubulin at a dose of 1 µM suggesting a different and original mechanism of action. The research topic presented concerns the preclinical development of these anticancer molecules. The first line of work was to develop a galenic formulation of EAPB0503 in the form of lipid nanocapsules. To optimize the bioavailability of the compounds, without losing their intrinsic activity, we achieved chemical modulation on the most active structure Imiqualines: EAPB02303. To improve the overall balance hydrophilic / lipophilic (HLB) of compounds derived from EAPB02303, we considered grafting amino acids on position 4. Finally, the development of a method for assaying EAPB02303 and EAPB02302 in plasma for a pharmacokinetic study has been the final focus of the thesis work.