Le mélanome métastatique représente le plus mortel des cancers cutanés par sa forte résistance aux thérapies conventionnelles. Les cellules initiatrices de tumeurs (CIT) sont présentes dans de nombreux cancers dont le mélanome. Ces cellules, capables de s’autorenouveller, sont à l’origine de la récidive tumorale et des métastases représentant une cible pour le développement de nouveaux traitements. Les CIT sont confinées dans un microenvironnement tumoral dans lequel des facteurs sécrétés tels que l'Insulin-Like Growth Factor-1 (IGF-1) et le Transforming growth factor (TGF-β) favorisent la transition épithéliomésenchymateuse (TEM), un processus clef lié à l’émergence des CIT. En utilisant des cellules de mélanome métastatique, nous avons montré qu’une inhibition d’IGF-1 induit une diminution de la tumorigénicité des cellules en diminuant la capacité des B16-F10 à former des métastases pulmonaires. Outre son action sur la prolifération cellulaire, IGF-1 est impliqué dans le processus de TEM favorisant les propriétés migratoires et invasives des cellules B16-F10. Par ailleurs, IGF-1 joue un rôle majeur dans le maintien des CIT expliquant la forte résistance des mélanomes aux thérapies conventionnelles. Des expériences préliminaires suggèrent que ces activités induites par IGF-1 pourraient être médiées en partie par le facteur TGF-β, un facteur clef de la TEM. D'autres résultats confortent cette hypothèse en montrant une implication directe du TGF-β dans le caractère souche des cellules B16-F10. Ces travaux montrent que l’inhibition de la voie IGF-1/IGF-1R dans le microenvironnement tumoral pourrait être une bonne stratégie pour le développement de traitements anti-tumoraux contre le mélanome. / Metastatic melanoma is arguably the most virulent among human cancers, owing to its propensity to metastasize, and its resistance to conventional therapies. Like in many other cancers, tumor stem cells or tumor initiating cells (TIC), have been identified in melanoma. These cells have the unique ability to self-sustain and renew the tumor and thus represent an interesting target for the development of new therapeutic strategies. TIC are nested in a confined microenvironment where secreted-factors such as Insulin-Like Growth Factor- 1 (IGF-1) and transforming growth factor (TGF-β) promote epithelialmesenchymal transition (EMT), a key process in stemness features acquisition. In this context, we investigated the effects IGF-1 on TIC behavior. Using B16-F10 metastatic melanoma cell line, we show that IGF-1 downregulation curbs lung metastasis suggesting that IGF-1 plays a direct role in the intrinsic tumorigenic potential of these cells.markers associated with an increased expression of the epithelial marker E-cadherin and of the major regulator of melanocyte differentiation MITF. Most importantly, IGF-1 inhibition sharply decreased stemness features, reducing the expression of key stem markers and functional characteristics of MIC. This was associated with an important sensitivity to mitoxantrone treatment. Interestingly, our preliminary data suggest the EMT key component, TGF-β, conveys IGF-1-mediated effects. Indeed, TGF-β directly affects B16-F10 stemness phenotype and markers. In summary, we show that the IGF-1/IGF-1R nexus represents an interesting target for the development of novel therapeutic strategies against metastatic melanoma.

La choroïde ou uvée, située entre la rétine et la sclérotique, est une membrane vasculaire qui tapisse la paroi de l’œil, son rôle est d’assurer l’apport en nutriment de la rétine et de l’iris. Ce tissu peut être le siège de nombreuses tumeurs, bénignes ou malignes. Le mélanome de la choroïde est la tumeur intra-oculaire la plus fréquente de l’adulte mais les facteurs de risque sont mal connus: l’exposition aux ultraviolets n’est pas clairement établi dans la genèse de la tumeur, de même que l’âge ou le sexe.L’énucléation a longtemps été considérée comme la seule option thérapeutique, mais depuis de nombreuses années, des techniques dites conservatrices de l’œil se sont développées. Des études ont montré qu’il n’y a pas de différence significative de survie entre les patients ayant subis une énucléation et les patients traités avec des méthodes conservatrices. De plus, à ce jour, aucune thérapie adjuvante n’a montré son efficacité après le traitement du mélanome oculaire primaire. En effet, malgré un traitement initial bien adapté, la moitié des patients va récidiver sur le mode métastatique. Environ 30\% des patients récidivent dans les 5 ans, ce chiffre augmente jusqu’à 50\% à 15 ans.L’œil étant dépourvu de structures lymphatiques, la diffusion métastatique du melanome uvéal se fait par voie hématogène. Le foie est le site privilégié de développement de métastases, faisant toute la gravité du pronostic. La médiane de survie après apparition de métastases est de 2 à 6 mois en l’absence de traitement. Il peut exister de façon plus anecdotique des métastases pulmonaires, ganglionnaires, osseuses ou cutanées.Sur un plan génétique, les critères les plus fréquemment détectés pour le mélanome uvéal sont la perte du chromosome 3 et le gain du 8q. Plusieurs études montrent dans beaucoup de cas des aberrations chromosomiques non aléatoires sur les chromosomes 1, 3, 6 et 8 et que la perte du chromosome 3 et le gain du 8q sont associés significativement à une survie réduite et au développement de métastase. Plusieurs rapports suggèrent deux entités distinctes de mélanome uvéal (avec et sans monosomie du chromosome 3) qui ne peuvent pas être différenciées du fait de leur aspect clinico-pathologique similaire.Afin d’améliorer le diagnostic et le traitement du mélanome de la choroïde, nous proposons d’effectuer des analyses d’expression et du nombre de copie d’ADN de ce mélanome particulier, avec pour objectifs : l’identification des gènes liés à l’apparition de métastase pour classer les patients à haut risque afin qu’ils puissent bénéficier d’une immunothérapie adjuvante spécifique, la caractérisation de ces gènes au niveau moléculaire, et l’étude du potentiel de ces gènes en tant que cibles thérapeutiques.Dans ce manuscrit je décrirai en détail le lignage mélanocytaire afin de comprendre les particularités du mélanome de la choroïde par rapport au mélanome cutané, puis j'aborderai l'importance des approches haut débit dans l'étude des cancers et les techniques d'analyse bioinformatiques utilisées. Je présenterai ensuite les différents résultats obtenus comme la mise en évidence d'une phosphatase, PTP4A3, qui semble avoir de l'importance dans le développement métastatique du mélanome de la choroïde. / The choroid is a layer of highly vascularised tissue surrounding the eye. Choroidal blood nourishes the retinal pigment epithelium and the photoreceptors on the outer layer of the retina. Uveal melanoma occurs to the detriment of uveal melanocytes (located in the iris, ciliary body and choroid) and is the most common intraocular malignancy in adults. The etiological factors involved in the process of malignant transformation are poorly understood. There is a doubtful role of environmental factors such exposure to sunlight, age or sexe in the emergence of uveal melanoma.The management of uveal melanomas has greatly evolved, moving towards more focused and conservative treatments (such as observation, photocoagulation, thermotherapy, radiotherapy). According to literature, there is no significant difference in survival between patients treated with enucleation and those treated with conservative methods. To date, no adjuvant therapy has proven effective following the initial treatment of ocular melanoma. The metastatic pattern for uveal melanoma differs from that of skin melanoma and is usually located in the liver. About 50\% of patients will develop metastases after a median time of three years, and will ultimately die of their disease. Once the disease becomes metastatic, median survival ranges from two to six months, and only 15\% of the patients survive more than one year. Surgical resection of metastases is feasible only if occurring in limited areas. Genetic differences may be the origin of the various types of melanoma and their different features. Multivariate analyses of genomic imbalances, showed that cutaneous and uveal melanomas presnted different copy number changes. The most frequently detected imbalances in uveal melanoma is the loss of chromosome 3 and gain of 8q. Further studies revealed that most cases show non-random chromosomal aberrations of chromosomes 1, 3, 6 and 8 and that the loss of chromosome 3 and gain of 8q were significantly associated with overall survival and the development of metastases. Some reports suggested two distinct entities of uveal melanoma (with or without chromosome 3 monosomy) previously unrecognized because of their similar clinicopathological features. In order to improve diagnosis and treatment of uveal melanoma, we propose to perform transcriptome and DNA copy number analysis with following objectives : identify genes linked to metastasis behaviour to identify high risk patients who could take advantage of specific adjuvant therapy ; characterize these genes at molecular level ; study if these genes could be powerful therapeutic target.In this thesis, I will describe the melanocyte lineage in order to understand differences observed between cutaneous and uveal melanoma, then I will discuss the importance of high-throughput approaches in the study of cancer and bioinformatics analysis techniques used. I will finally present the different results as the significance of a phosphatase, PTP4A3, which seems to be relevant in metastatic behaviour in uveal melanoma.

Plusieurs femmes traitées par chimiothérapie pour un cancer du sein affirment percevoir des changements au niveau de leur mémoire et de leur habileté à penser clairement. À cet effet, les études transversales qui ont évalué la relation entre le fonctionnement cognitif et la chimiothérapie ont révélé que les patientes traitées par chimiothérapie présentent une performance altérée à des tests neuropsychologiques standards comparativement à des patientes traitées sans chimiothérapie ou à des femmes en bonne santé. Cependant, puisque les participantes de ces études ont été évaluées à une seule reprise et ce, plusieurs mois à plusieurs années suivant la fin des traitements, il est impossible de déterminer si ces altérations cognitives sont secondaires à la chimiothérapie ou si elles reflètent plutôt une condition pré-existante. L'objectif principal de la présente étude consiste donc à comparer de façon prospective l'impact d'un traitement de chimiothérapie à celui de la radiothérapie sur le fonctionnement cognitif de femmes traitées pour un cancer du sein non métastatique. Pour ce faire, 41 femmes recevant de la chimiothérapie et 40 femmes traitées par radiothérapie administrée sans chimiothérapie pour un cancer du sein ont été évaluées au pré-traitement, au post-traitement et à un suivi 3 mois par le biais de tests neuropsychologiques standards. Les résultats obtenus à une analyse de covariance à mesures répétées en modèle mixte suggèrent que le fait d'avoir reçu un traitement oncologique, qu'il s'agisse ou non de chimiothérapie, affecte négativement les capacités de recrutement de l'information en mémoire verbale. En revanche, la chimiothérapie aurait un impact négatif spécifique sur les capacités d'évocation au plan verbal. De plus, seules les patientes traitées par chimiothérapie ont rapporté subjectivement une augmentation du niveau d'altérations cognitives. Cependant, les altérations cognitives perçues ne sont pas apparues associées au fonctionnement cognitif mesuré objectivement, alors qu'elles se sont avérées associées aux symptômes de dépression, d'anxiété, de fatigue, d'insomnie et de ménopause. Ces résultats contribuent au développement d'une meilleure compréhension de la relation entre les traitements oncologiques et le fonctionnement cognitif. Il apparaît maintenant important de s'intéresser aux mécanismes sous-jacents et aux répercussions de ces difficultés sur le fonctionnement quotidien des patientes.

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.

Environ 5% des patientes sont diagnostiquées chaque année avec un cancer du sein d’emblée métastatique et 20 à 30% des cancers du sein localisés évoluent vers un stade secondairement métastatique. Les bénéfices de l’activité physique pendant les traitements chez les patientes avec un cancer du sein localisé ont largement été démontrés mais la littérature est limitée dans le cancer du sein métastatique. Ce travail de thèse a permis d’évaluer les effets potentiels de l’activité physique chez des patientes atteintes d’un cancer du sein métastatique à travers trois études.L’étude observationnelle StoRM a montré une association du niveau d’activité physique recueilli par questionnaire à une meilleure survie des patientes HER2. L’étude interventionnelle ABLE a mis en évidence la faisabilité d’une intervention en activité physique avec une montre connectée dans cette population avec un excellent taux d’adhérence (96%), l’intérêt et la volonté des patientes pour les programmes d’activité physique ainsi qu’une amélioration fonctionnelle. L’intervention a contribué au un maintien de la qualité de vie, de la fatigue et du niveau d’activité physique malgré les traitements et l’avancée de la maladie. De potentiels biomarqueurs prédictifs d’une progression tumorale ont été identiés. L’étude MUST a montré que l’antioxydant SOD et de la force isométrique d’extension du quadriceps semblent prévenir la sarcopénie et une association entre le statut sarcopénie et le risque de toxicités a été confirmé. Ce travail de thèse représente une première étape dans l’analyse des effets de l’activité physique auprès de patientes atteintes d’un cancer du sein métastatique. L’activité physique semble être bénéfique dans cette population, mais ces résultats nécessitent d’être confirmés dans une étude à plus grande échelle. Ces résultats préliminaires soulignent l’importance de proposer des interventions adaptées en activité physique aux patientes atteintes d’un cancer du sein métastatique dès le diagnostic pour poursuivre un mode de vie actif le plus longtemps possible / Approximately 5% of patients are diagnosed with metastatic breast cancer each year and 20 to 30% of localized breast cancers become secondarily metastatic. Benefits of physical activity during treatment in patients with localized breast cancer have been widely demonstrated, but the literature is limited in metastatic breast cancer. This thesis work assessed the potential effects of physical activity in patients with metastatic breast cancer through three studies.The StoRM observational study showed an association between the level of physical activity collected by questionnaire with an improvement of survival for HER2 patients. The ABLE intervention study highlighted the feasibility of a physical activity intervention with an activity tracker in this population with an excellent adherence rate (96%), patients' interest and willingness to participate in physical activity programs and functional improvements. The intervention contributed to maintaining quality of life, fatigue and physical activity levels despite treatment and disease progression. Potential biomarkers predictive of tumor progression have been identified. The MUST study showed that the antioxidant SOD and quadriceps isometric extension force appear to prevent sarcopenia and an association between sarcopenia status and toxicity risk was confirmed. This thesis work represents a first step in analyzing the effects of physical activity on patients with metastatic breast cancer. Physical activity appears to be beneficial in this population, but these results need to be confirmed in a larger scale study. These preliminary results highlight the importance of providing appropriate physical activity interventions for patients with metastatic breast cancer at the time of diagnosis in order to maintain an active lifestyle as long as possible

L'apparition de métastases est souvent le signe d'un mauvais pronostic vital pour les personnes atteintes d'un cancer. Ce processus de formation de métastase est un phénomène complexe dans lequel la migration cellulaire est un facteur clé.De récentes études ont montré que le canal SK3 (canal potassique de faible conductance dont l'activité dépend de la concentration cytosolique en calcium) était exprimé dans des cellules cancéreuses à fort pouvoir métastatique et leur conférait des capacités de migration accrues. Cette protéine constitue donc une nouvelle cible thérapeutique très intéressante pour agir sur la dissémination de cellules cancéreuses.Les objectifs de ces travaux de thèse ont permis de mettre en oeuvre deux stratégies visant à inhiber l'activité de ce canal potassique SK3.L'édelfosine, un glycérolipide à tête phosphocholine, a rapidement été reconnue comme étant un inhibiteur efficace de l'activité de ce canal. Cependant les effets secondaires induits par cette molécule ont conduit à rechercher des analogues moins toxiques et tout aussi efficaces. Des études structures-activité menées au sein du laboratoire ont permis de développer un nouveau glycérolipide à tête lactose, l'ohmline. Dans le but de compléter cette étude, nous avons réalisé la synthèse de glyco-glycérolipides et de glycophospho-glycérolipides et avons montré leur capacité à inhiber la protéine SK3 et à réduire la migration cellulaire SK3 dépendante.Une seconde stratégie vise à l'utilisation possible d'ARN interférents pour bloquer l'expression de la protéine SK3. Dans ce but, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à l'incorporation, dans des formulations de lipides cationiques utilisés pour la transfection, de lipides neutres portant des motifs anisamides, ligands spécifiques des récepteurs sigma surexprimés dans des lignées cellulaires de tumeurs exprimant SK3. La synthèse de lipophosphoramides comportant un motif anisamide est présentée suivie de leur utilisation dans des expériences de transfection modèles (vectorisation d'ADN plasmidique) afin d'évaluer l'efficacité du ciblage engendré par le motif anisamide.

L’invasion métastatique des tumeurs humaines est un mécanisme complexe qui repose sur l’acquisition de nouvelles fonctionnalités par les cellules tumorales. Les protéines ADAM et plus particulièrement la protéine ADAM9, grâce à leur domaine extracellulaire se composant d’une activité métalloprotéasique et disintégrine, possèdent des fonctions importantes et nécessaires au processus d’invasion. Cependant, les mécanismes de régulation de la protéine restent globalement méconnus dans la pathologie cancéreuse. L’objectif de ce travail a consisté à évaluer le rôle de l’expression d’ADAM9 dans les mécanismes d’agressivité tumorale tels que l’adhérence cellulaire, la migration cellulaire ou l’angiogénèse ainsi que l’étude des mécanismes de régulation de l’expression de cette protéine. Compte tenu du fait que le peroxyde d’hydrogène est connu pour induire l’expression d’ADAM9, les premiers travaux ont eu pour objectif d’établir le lien entre stress oxydant, ADAM9 et adhérence tumorale. L’exposition des cellules d’adénocarcinome pulmonaire au peroxyde d’hydrogène induit une augmentation dose dépendante de l’expression de la protéine ADAM9 transmembranaire et de sa forme sécrétée. Les études in vitro ont permis d’établir que les capacités d’adhérence et d’invasion tumorale induites par le stress oxydant sont principalement médiées par les deux isoformes de la protéine ADAM9. Par ailleurs, l’expression d’ADAM9 provoque un accroissement de la néo-angiogénèse par l’intermédiaire d’un accroissement non transcriptionel de la biosynthèse d’IL8. Cette cytokine proangiogénique va interagir avec le récepteur CXCR2 et va permettre la mise en place d’une néovascularisation in vitro. Le développement d’un modèle de xénogreffe de cellule d’adénocarcinome pulmonaire a permis de confirmer le rôle majeur d’ADAM9 dans les processus de dissémination métastatique et d’angiogénèse tumoraux. L’étude de la modulation pharmacologique d’ADAM9 a reposé sur deux stratégies pharmacologiques différentes : d’une part l’interaction directe avec les différentes isoformes d’ADAM9 au moyen d’un anticorps neutralisant et d’autre part une action sur les mécanismes de transduction cellulaire tels que la protéine SRC ou la protéine kinase C. Ce travail a permis de mieux comprendre l’implication de la protéine ADAM9 au cours du processus de cancérogenèse de part sa participation aux étapes majeures que sont la dissémination métastatique induite par le stress oxydant et l’angiogenèse / Tumor invasion is a complex mechanism that is based on the acquisition of tumor cells new functions. ADAM proteins, especially protein ADAM9, through their extracellular domain consisting of a disintegrin and metalloprotease activity, have important functions and processes necessary for invasion. However, the mechanisms regulating protein remain largely unknown in cancer pathology. The objective of this work was to evaluate the role of ADAM9 expression in tumor aggressiveness such as cell adhesion, cell migration and angiogenesis and to study the mechanisms regulating this protein expression. Given the fact that hydrogen peroxide is known to induce the expression of ADAM9 protein, the first work aimed to establish the relationship between oxidative stress, adhesion and tumor ADAM9 expression. Hydrogen peroxide induces a dose-dependent increase of both expression and activity of ADAM9 on adenocarcinoma pulmonary cells. Oxidative stress induced ADAM9 expression and activity are mainly supported by the secreted form of ADAM9 protein. In vitro studies have shown that capacity of adhesiveness and invasiveness induced by oxidative stress are mainly mediated by the two forms of ADAM9 protein. In addition, ADAM9 protein expression induces neoangiogenesis through increased production of interleukin 8. This proangiogenic cytokine that interacts with the CXCR2 receptor is able to stimulate neovascularization in vitro studies. Development of a lung adenocarcinoma xenograft model confirmed that ADAM9 protein have an important role on metastasis process and tumor angiogenesis. The study of pharmacological modulation of ADAM9 expression was based on two different pharmacological strategies: the first interacts with different isoforms of ADAM9 using a neutralizing antibody and the second strategy modulate cell transduction mechanism such as SRC protein or protein kinase C (PKC). This work aims to understand the involvement of ADAM9 protein during the process of carcinogenesis, such as tumor invasion induced by oxidative stress and neoangiogenesis

Le mélanome métastatique reste un enjeu majeur de santé publique. Les avancées fulgurantes de ces dernières années ont permis d’améliorer la prise en charge thérapeutique, notamment avec l’arrivée des anticorps bloquant ou agonistiques ciblant les molécules de co-inhibition ou de co-stimulation. Cependant, certains patients sont réfractaires à tout traitement. Il est donc nécessaire de mettre en évidence l’importance de certains paramètres immunologiques permettant d’améliorer le suivi des patients de stade III à haut risque de récidive. De plus, il est primordial de découvrir des marqueurs prédictifs associés à la réponse à ces différents traitements immunomodulateurs. Nous avons identifié une association entre une fréquence élevée de CD45RA+CD4+ et de CD3-CD56- au sein des métastases ganglionnaires avec la survenue d’une récidive anticipée.Une forte expression de NKG2D à la surface des lymphocytes T CD8+, une faible proportion de Tregs ou une faible expression de PD-L1 à la surface des T circulants sont associées à une meilleure survie. Aussi, la mise en place d’un test in-vitro étudiant les réactivités fonctionnelles des lymphocytes infiltrant les tumeurs a permis de dégager l’importance de l’expression de CD95/Fas sur les T CD4+ circulants et de CD137/4-1BB sur les T CD8+ circulants dans la prédiction de la réponse à l’ipilimumab (anti-CTLA-4) et à la combinaison ipilimumab + nivolumab (anti-PD-1). Par ailleurs, le pattern d’expression des récepteurs de chimiokines à la surface des lymphocytes T périphériques permet de détecter les localisations métastatiques de mélanome. Cette étude a révélé également l’importance biologique de l’axe CCR9/CCL25 dans l’immunosurveillance naturelle anti-tumorale. / Metastatic melanoma (MM) is an unmet medical need. The development of immune checkpoint blockers (ICB) improved patient’s clinical outcomes. However, some patients still do not respond to these therapies. To adress these issues, we must find some immunological parameters which predict the relapse of high risk resected stage III melanoma patients. Moreover, it is an urgent need to identify some predicting parameters to these ICB. In our studies, high frequencies of CD45RA+CD4+ and CD3-CD56- in metastatic lymph nodes are associated with a short relapse-free survival. Higher expression of NKG2D on CD8 T cells, low Tregs and low PD-L1 expression on circulating T cells are associated with a prolonged overall survival.Furthermore, we designed an in-vitro test to assess intratumor lymphocytes reactivities to ICB and cytokines (IL-2 and IFNα2a). Low expression of CD95/Fas on CD4+ circulating T cells and high expression of CD137/4-1BB on circulating CD8+ T cells are associated with the response to ipilimumab (anti-CTLA-4) and to the combination ipilimumab + nivolumab (anti-PD-1), respectively. In addition, the chemokine receptor pattern expressed at the surface of circulating lymphocytes could predict the metastatic spreading of melanoma. In this last study, we demonstrated the critical role of CCR9/CCL25 pathway in the natural anti-cancer immune surveillance.

Pour les patients diagnostiqués avec un cancer au stade précoce, les décisions de traitement dépendent de l’évaluation du risque de rechute métastatique. Les outils de pronostic actuels sont fondés sur des approches purement statistiques, sans intégrer les connaissances disponibles sur les processus biologiques à l’oeuvre. L’objectif de cette thèse est de développer des modèles prédictifs du processus métastatique en utilisant une approche de modélisation mécaniste et la modélisation à effets mixtes. Dans la première partie, nous étendons un modèle mathématique du processus métastatique pour décrire la croissance de la tumeur primaire et de la masse métastatique totale chez des souris traitées avec le sunitinib (un inhibiteur de tyrosine kinase ayant une action anti-angiogénique) administré comme traitement néoadjuvant (i.e. avant exérèse de la tumeur primaire). Le modèle est utilisé pour tester des hypothèses expliquant les effets différentiels du sunitinib sur la tumeur primaire et les métastases. Des algorithmes d’apprentissage statistique sont utilisés pour évaluer la valeur prédictive des biomarqueurs sur les paramètres du modèle.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous développons un modèle mécaniste pour la prédiction du temps de rechute métastatique et le validons sur des données cliniques des patientes atteintes d’un cancer du sein localisé. Ce modèle offre des prédictions personnalisées des métastases invisibles au moment du diagnostic, ainsi que des simulations de la croissance métastatique future, et il pourrait être utilisé comme un outil de prédiction individuelle pour aider à la gestion des patientes atteintes de cancer du sein. / For patients diagnosed with early-stage cancer, treatment decisions depend on the evaluation of the risk of metastatic relapse. Current prognostic tools are based on purely statistical approaches that relate predictor variables to the outcome, without integrating any available knowledge of the underlying biological processes. The purpose of this thesis is to develop predictive models of the metastatic process using an established mechanistic modelling approach and the statistical mixed-effects modelling framework.In the first part, we extend the mathematical metastatic model to describe primary tumour and metastatic dynamics in response to neoadjuvant sunitinib in clinically relevant mouse models of spontaneous metastatic breast and kidney cancers. The calibrated model is then used to test possible hypothesis for the differential effects of sunitinib on primary tumour and metastases, and machine learning algorithms are applied to assess the predictive power of biomarkers on the model parameters.In the second part of this thesis, we develop a mechanistic model for the prediction of the time to metastatic relapse and validate it on a clinical dataset of breast cancer patients. This model offers personalised predictions of the invisible metastatic burden at the time of diagnosis, as well as forward simulations of metastatic growth, and it could be used as a personalised prediction tool to assist in the routine management of breast cancer patients.

La théorie des jeux permet de décrire des systèmes d'interactions complexes entre agents. Dans le cadre de la modélisation des interactions moléculaires, nous avons appliqué cette théorie afin d'étudier la dynamique des réseaux d'interactions à partir d'observations. L'objet est de calculer les équilibres correspondant à des phénotypes cellulaires. Le modèle permet de valider la cohérence des réseaux étudiés impliqués dans la migration métastasique via une molécule PAI-1 et permet également de proposer des prédictions sur la structure de ces réseaux. Afin d'accélérer le calcul des équilibres, nous avons établi des méthodes de prédiction à partir de la simple donnée de la structure du réseau. Elle conduit à la formulation d'un problème k-SAT qui se réduit fréquemment à un problème 2-SAT résolvable en un temps polynomial.