L’épithélium digestif est recouvert par une épaisse couche de mucus majoritairement composé de mucines qui joue un rôle essentiel dans le maintien de l’homéostasie avec la microflore résidente et dans la protection de l’épithélium digestif contre la colonisation par des organismes pathogènes. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à l’étude des interactions hôtes / bactéries dans le tractus gastro-intestinal. En utilisant différents modèles in vivo ou in vitro, nous avons plus particulièrement étudié l’influence de bactéries commensales et pathogènes sur la glycosylation des mucines du tractus digestif. Nous avons tout d’abord caractérisé le profil de glycosylation des mucines gastriques humaines d’individus sains, de patients asymptomatiques infectés par Helicobacter pylori et de patients atteints de métaplasie intestinale incomplète. Afin de mieux décrypter le dialogue qui s’établit entre les mucines et les bactéries, nous avons également caractérisé les modifications de glycosylation des mucines intestinales à partir de modèles animaux et cellulaires d’infections bactériennes. Nous avons étudié l’effet de deux bactéries commensales : Bacteroides thetaiotaomicron et Faecalibacterium prausnitzii et d’une bactérie pathogène : Shigella flexneri. Les mucines apparaissent comme un élément incontournable dans l’interaction hôte/bactéries. Nos travaux indiquent que la barrière mucosale, même si elle exerce un rôle de défense indéniable pour l’épithélium digestif, n’est pas infaillible vis-à-vis des pathogènes. Ils soulignent l’importance du dialogue tripartite entre les mucines, le microbiote et le système immunitaire dans la lutte contre les infections. / The gut epithelium is covered by a thick layer of mucus mainly composed of mucins which plays an essential role in maintaining homeostasis with the resident microflora but it also protects the digestive epithelium against colonization by pathogens. During my PhD work, I focused my interest in the study of host / bacteria interactions in the gastrointestinal tract. Using different in vivo or in vitro models, we specifically investigated the influence of commensal and pathogenic bacteria on the glycosylation of mucins of the digestive tract. We first characterized the glycosylation profile of human gastric mucins from healthy, from asymptomatic patients infected with Helicobacter pylori and from patients with incomplete intestinal metaplasia. To better understand the cross-talk between mucins and bacteria, we also studied changes in the glycosylation of intestinal mucins from animal and cellular models of bacterial infections. We analyzed the effect of two commensal bacteria: Bacteroides thetaiotaomicron and Faecalibacterium prausnitzii, and one pathogenic bacteria: Shigella flexneri. Mucins appear as a key element in the host / bacteria interactions. Our work indicates that the mucosal barrier, even though it plays a major role in the defense of gastrointestinal epithelium, is not infallible regarding pathogens. Our work emphasizes the importance of the tripartite dialogue between mucins, the microbiota and the immune system in the fight against infections.

Le facteur de transcription homéotique CDX2 est spécifiquement exprimé dans l’épithélium intestinal où il maintient l’identité, contrôle l’homéostasie et exerce une fonction suppresseur de tumeurs. Chez l’homme, une expression ectopique (hors de l’intestin) de CDX2 peut survenir, dans les métaplasies intestinales d’organes digestifs, considérées comme pré-cancéreuses. Ce travail de thèse visait à étudier les conséquences physiopathologiques de l’expression ectopique de CDX2. Nous avons développé et validé un modèle murin d’induction conditionnelle de CDX2 dans plusieurs organes digestifs. Nos résultats montrent que cette expression est dépendante du contexte cellulaire, et induit des métaplasies intestinales seulement dans l’estomac et le pancréas. Ces métaplasies n’évoluent pas spontanément en cancer. Cependant, CDX2 sensibilise ces lésions métaplasiques à l’apparition de tumeurs intestinales dans l’estomac placé dans un contexte où le gène Apc est muté. Globalement, ces résultats montrent que CDX2 est essentiel au développement de métaplasies intestinales mais n’exercerait pas de fonction oncogénique en situation ectopique. / The intestine-specific homeotic transcription factor CDX2 is required throughout life for intestinal homeostasis, the maintenance of intestinal identity and has tumor suppressor activity. In Human, ectopic expression of the gene Cdx2 is observed in several digestive organs as in intestinal metaplasia which is considered as pre-cancerous lesion. This work aimed to investigate the pathophysiological consequences and molecular mechanisms of ectopic expression of CDX2. We created and validated a conditional murine model of CDX2 induction in several digestive organs. Ectopic CDX2 causes intestinal metaplasias only in the stomach and the pancreas which do not spontaneously evolve to cancer, depending on cellular context. However, CDX2 promotes intestinal carcinogenesis in complete intestinal metaplasia of the stomach. Collectively, these results show that CDX2 is essential for the development of intestinal metaplasia but has no oncogenic function in ectopic situation.

Les bones morphogenetic protein (Bmp) sont des morphogènes qui jouent des rôles sur la prolifération et la différenciation cellulaire. La perte de signalisation dans cette voie est associée à la polypose juvénile familiale et à un risque accru de cancer gastrique. Elle est aussi associée avec l’inflammation et la guérison des tissus. Il est montré qu’au niveau de l’estomac, les ligands et les récepteurs de la signalisation des Bmp sont exprimés dans les compartiments épithéliaux et mésenchymateux. Les différents modèles animaux développés ont confirmé l’importance de cette signalisation dans la carcinogenèse gastrique. Cependant, ces modèles causent une perte de signalisation dans l’ensemble de la muqueuse gastrique et ne réussissent pas à montrer un mécanisme. Parallèlement, notre laboratoire a montré qu’une perte de signalisation de la voie des Bmp, exclusivement dans le compartiment épithélial, ne développe pas les phénotypes associés à la progression du cancer gastrique. Ce résultat suggère que les cellules mésenchymateuses pourraient être la clé de l’importance de la signalisation des Bmp dans l’estomac. Afin de mettre en lumière le rôle de la signalisation des Bmp dans le compartiment mésenchymateux, des souris qui perdent de façon spécifique le récepteur de type 1a des Bmp dans ce compartiment ont été généré (Bmpr1aMES). Il semble que la perte de signalisation des Bmp induit au niveau du mésenchyme une modification du comportement et une activation des fibroblastes en myofibroblastes. Cette modification produit également un microenvironnement (matrices, facteurs de croissance, cytokines, interleukines) propice au développement du cancer et induire des modifications importantes de l’épithélium et un appel de cellules immunitaires. Cet environnement semble être suffisant pour réduire de façon importante le nombre de cellules endocriniennes et de cellules pariétales dans l’épithélium gastrique. Il semble que la perte mésenchymateuse de signalisation des Bmp au niveau gastrique entraîne le développement d’une métaplasie au niveau de l’estomac des souris, une hyperplasie atypique qui évolue jusqu'à une dysplasie accompagnée d’une desmoplasie importante. Mes travaux ont également démontré que, dans ce contexte, une mutation oncogénique, comme la perte de Trp53, pourrait devenir maligne. En conclusion, au sein du mésenchyme, la signalisation des Bmp est importante pour le maintien de celui-ci dans un état sain. Il est probable qu’elle joue un rôle important dans le retour à l’état normal suivant les gastrites. Sa perte rend l’estomac des souris fragile au développement d’adénomes. / Abstract : Bone morphogenetic proteins (Bmp) play roles in the proliferation and differentiation. It is also associated with inflammation and tissue repair. Disruption of signaling in this pathway is associated with familial juvenile polyposis and an increase risk of gastric cancer. It has been shown that in the stomach, Bmp signaling is bidirectional. Meaning that ligands and receptors are expressed in both the epithelial and stromal compartments. Gastric abrogation animal models of the Bmp signaling pathway have confirmed the importance of this signaling in gastric carcinogenesis. However these models cause a loss of signaling in both compartments of the gastric mucosa, and the mechanism of action for this has yet been undefined. Previous work by a student in our laboratory provided a model of loss of the Bmp signaling pathway exclusively in the epithelial compartment. This model does not develop phenotypes associated with the progression of gastric cancer, suggesting, that the stromal compartment is the key in tumorigenesis by Bmp signaling in the stomach. To further test this hypothesis, we generated mice with a stromal compartment-specific loss of type1a BMP receptor (Bmpr1aMES). It appears that this deletion in the stroma induced behavior alteration with activation of fibroblasts into myofibroblasts. This change also produces a microenvironment (matrix, growth factors, cytokines, and interleukins) that is conducive to the development of cancer and induces significant modifications of the epithelium as well as a recruitment of immune cells. This microenvironment seems to be sufficient to significantly reduce the number of endocrine cells and parietal cells in the gastric epithelium. It seems that the loss of stromal Bmp signaling in the mice’s stomachs causes development of metaplasia; atypical hyperplasia that progresses to dysplasia accompanied by a significant desmoplasia. My work also shows that in this environment an oncogenic mutation such as the loss of Trp53 may become malignant. In conclusion, in the stromal compartment, Bmp signaling is important for maintaining a healthy state. It is probably involved in the return to the normal state following gastritis, and its loss makes the mouse stomach susceptible to adenoma development.

L’ADKP est la 5e cause de décès par cancer dans le monde occidental, et il est estimé qu’il constituera la 2e cause de mort par cancer d’ici à 2030. Le taux de survie à 5 ans est inférieur à 4%, et la médiane de survie est d’environ 6 mois. Ce pronostic sombre est dû à une pathologie asymptomatique dans les phases précoces du développement tumoral, résultant en un diagnostic tardif. Les tumeurs primaires sont constituées de structures épithéliales néoplasiques entourées par un stroma abondant empêchant l’accès des chimiothérapies aux cellules tumorales. La compréhension des mécanismes d’initiation et de progression tumorale est donc primordiale pour développer de nouvelles stratégies visant à la détection et à la prise en charge thérapeutique optimale des patients atteints d’ADKP. Le TGFbeta est une cytokine assurant de nombreuses fonctions physiologiques comme la régulation de l’immunité, la cicatrisation, le développement ou encore l’angiogenèse. Les résultats présentés dans ce manuscrit mettent en évidence que l’activation de la voie de signalisation TGFbeta perturbe la différenciation des cellules acineuses au cours du développement, et perturbe l’identité acineuse lorsqu’elle est activée dans le pancréas chez l’adulte. L’induction en parallèle de l’apoptose des cellules acineuses et d’une métaplasie acino-canalaire (ou ADM) mène à la disparition quasi-totale du tissu acineux au profit de structures canalaires typiques d’un pancréas en régénération. Lorsque l’oncogène KRASG12D est exprimé en parallèle dans le tissu pancréatique chez l’adulte, ce tissu canalaire régénératif est mis à profit par KRAS pour le développement précoce de lésions pré-néoplasiques. Mes travaux au sein de l’équipe du Dr. Laurent BARTHOLIN permettent donc de démontrer in vivo un nouveau rôle du TGFbeta dans la carcinogénèse pancréatique / PDA is the 5th cause of cancer related death in the western countries, and is estimated to move the second rank by 2020. The 5-year survival rate is less than 4%, and the median survival is around 6 months. The poor prognostic of this tumor is due to asymptomatic early phases of the disease, resulting in a late diagnosis. Primary tumors are composed by ductal neoplastic lesions embedded into a highly abundant stroma that prevents the access of chemotherapeutic drugs to the tumor cells. Thus, understanding tumor initiation and progression mechanisms is needed to develop new strategies aiming at detecting and taking care of patients in the most optimal manner. TGFbeta is a cytokine playing several physiological functions such as immunity regulation, wound healing, development or angiogenesis. Results presented in this manuscript demonstrate that activation of TGFbeta signaling disturb acinar cell differentiation during development, and disrupts acinar cell identity when activated in the adult pancreas. The simultaneous induction of acinar cell apoptosis and ADM leads to the massive loss of acinar cells and the emergence of ductal structures typical of pancreas regeneration. When the KRASG12D oncogene is expressed in combination with the activation of TGFbeta signaling, these regenerative duct structures are harnessed by KRASG12D to develop early neoplastic lesions. Thus, my work in Dr. Laurent BARTHOLIN’s team demonstrates a new function of TGFbeta in pancreatic carcinogenesis in vivo

L'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) est une maladie agressive dans le monde. En raison du manque d'outils de détection hautement sensibles et spécifiques à un stade précoce de la maladie et de traitements peu curatifs, la plupart des patients sont diagnostiqués à un stade incurable avec une mortalité élevée. Comprendre la pathologie moléculaire, en particulier le stade précoce de cette maladie mortelle, est d’une importance capitale pour améliorer les bons pronostics de ces patients. La première et principale partie de mes travaux reposait sur une analyse de profilage génétique dans laquelle ils mettaient en évidence le rôle de la signalisation TGFβ / Activine et du récepteur ALK4 au cours du développement de la PDAC, en plus des quatre gènes oncogéniques courants (KRAS, CDKN2A, TP53 et SMAD4). ). D'autre part, INHBA (codant pour ActivinA) en tant que membre clé des ligands de la superfamille TGFβ est une cible de l'activation oncogénique de Kras dans les cellules du canal pancréatique et a été désigné comme composant potentiel de la SASP par une analyse au sécrétome de cellules subissant une sénescence induite par Kras. . Le but de mes travaux est donc d’étudier l’impact de la signalisation ActivinA lors de l’initiation de la PDAC. Dans la première partie de mon projet, j'ai démontré qu'ActivinA était un facteur SASP protecteur de la tumeur, produit par les cellules sénescentes d'ADM / PanIN, qui limitent leur prolifération et leur expansion dans les lésions hautement prolifératives via son récepteur ALK4 lors de l'initiation du PDAC. De plus, nos travaux ont révélé que les cellules sénescentes Dclk1 + limitent l'expansion des lésions prénéoplasiques et ont un impact partiel sur le composant stromal soutenu par la signalisation ActivinA. En outre, j'ai également exploré les fonctions autocrines et paracrines de la signalisation ActivinA au dernier stade de la PDAC. Nous avons constaté que le manque de signalisation ActivinA-ALK4 chez la souris entraînait une augmentation de la capacité de prolifération des cellules tumorales et une accumulation réduite de cellules stromales, ce qui pourrait aider à expliquer leurs métastases variées et un temps de survie relativement plus long. En conclusion, mon travail donne un autre aperçu de la signalisation ActivinA et Dclk1 dans l'initiation de la PDAC et leur existence dans des cellules sénescentes au sein de lésions précurseurs pancréatiques de bas grade devrait être considérée comme une étape cruciale pour développer de nouvelles stratégies diagnostiques et thérapeutiques pour les patients atteints de PDAC / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is an aggressive disease worldwide and remains the ranking of 7th leading cause of cancer related death in the past 5 years. Because of the lack of highly sensitive and specific detective tools in an early stage of this disease and low curative treatments, most of the patients are diagnosed in an incurable stage and end up with a high mortality. Understanding the molecular pathology especially the early stage of this lethal disease is of great importance to improve the outcome of these patients. The first and major part of my work was based on gene profiling analysis in which they emphasized the role of TGFβ/Activin signalling and ALK4-receptor during the development of PDAC in addition to the four common oncogenic genes (KRAS, CDKN2A, TP53 and SMAD4). On the other hand, INHBA(encoding for ActivinA) as a key member of TGFβ-superfamily ligands is a target of Kras oncogenic activation in pancreatic duct cell and has been pointed a potential SASP candidate component through a secretome analysis of cells undergoing Kras induced senescence. Therefore, the aim of my work is to investigate the impact of ActivinA-signalling during PDAC initiation. In the first part of my project, I demonstrated that ActivinA as a tumour-protecting SASP factor, produced by ADM/PanINs senescent cells, that limit their proliferation and expansion into highly proliferative lesions through its ALK4 receptor in the initiation of PDAC. Furthermore, our work revealed that senescent Dclk1+ cells limit the expansion of preneoplastic lesions and partly impact the stromal component which is sustained by ActivinA-signalling. Besides, I also explored the autocrine and paracrine functions of ActivinA-signalling in the late stage of PDAC. We found that lack of ActivinA-ALK4 signalling in mice leads to an increased proliferative capacity in tumor cells and a reduced accumulation of stromal cells, which might help to explain their diverse metastasis and a relative longer survival time. To conclude, my work gives another insight of ActivinA-signalling and Dclk1 in the onset of pancreatic cancer and their existence in senescent cells within low grade pancreatic precursor lesions should be considered a crucial step for developing novel diagnostic and therapeutic strategies for PDAC patients