The primary focus of this research is the mechanisms of cell death in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) treatment. These cancers typically originate in squamous cells that line the moist mucosal surfaces of head and neck. HNSCC is commonly treated with a platinum based agent, cisplatin. While the drug does offer strong antitumor effects, its prolonged use often results in tumor-acquired resistance, which limits treatment effectiveness. We have shown that cisplatin treatment induces the expression of a pro-apoptotic BCL-2 family member Noxa, which then initiates caspase- dependent apoptosis through its binding and sequestration of pro-survival protein MCL-1 for its inactivation. Without Noxa induction, cell death is significantly reduced when treating HNSCCs with cisplatin. The objectives of this study are (1) to determine the molecular mechanisms by which Noxa induces cell death in HNSCC cells; (2) to determine the molecular mechanisms of cisplatin-resistance in isogenic HNSCC cell lines. We observed an increase of apoptosis by ectopic expression of Noxa in all HNSCC cell lines tested, but not in immortalized human normal oral keratinocytes (NOK), suggesting that Noxa overexpression is sufficient to induce tumor-specific cell death. Noxa-induced cell death was mediated by BAX and BAK activation. BAK activation was mediated through Noxa binding to MCL-1, but not BCL-XL. Cisplatin- resistant cells induced less Noxa and apoptosis, supporting that Noxa induction is prerequisite for apoptosis induced by cisplatin. Taken together, Noxa induces tumor- specific cell death in HNSCC cells primarily through BAX and BAK activation, which suggests the therapeutic potential of this protein.

TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) est une protéine du système immunitaire appartenant à la famille du TNF (Tumor necrosis factor). L'intérêt de TRAIL en thérapie anti-cancéreuse réside dans sa capacité à induire la mort par apoptose des cellules tumorales, sans exercer de toxicité envers les cellules saines. Le principal frein à l'utilisation de TRAIL est la survenue de mécanismes de résistance à TRAIL dans certaines tumeurs. Mon travail de thèse a consisté à étudier ces mécanismes de résistance à TRAIL et à élaborer des stratégies visant à les contourner. Dans un premier temps, mon intérêt s'est porté sur le récepteur antagoniste TRAIL-R4, qui est capable de fixer TRAIL sans engager de signal de mort. Nous avons montré pour la première fois que TRAIL-R4 est à l'origine de l'induction de voies de signalisation intracellulaires de survie et de prolifération dans le modèle HeLa de carcinome du col de l'utérus. Ces cellules résistantes peuvent néanmoins être sensibilisées à l'action de TRAIL par un pré-traitement chimiothérapeutique conventionnel (cisplatine, étoposide ou 5-FU). Cette sensibilisation ne fait pas intervenir la voie mitochondriale de l'apoptose, mais passe par une augmentation du recrutement et de l'activation de la caspase-8 au sein du complexe initiateur de mort (DISC). Dans un deuxième temps, mon travail s'est focalisé sur des lymphomes B non-Hodgkiniens particulièrement agressifs, les lignées VAL et RL. La résistance à TRAIL de ces lymphomes est due à un blocage de la voie mitochondriale de l'apoptose, notamment en raison de l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2, Mcl-1 et survivine. Mon objectif a été d'élaborer une stratégie thérapeutique visant à contourner cette résistance. Dans ce contexte, nous avons évalué l'efficacité d'un composé polyphénolique issu des plantes, la quercétine. Nos résultats montrent que la combinaison de la quercétine et de TRAIL permet de tuer de façon synergique les lymphomes VAL et RL. Le mécanisme moléculaire de cette synergie comprend l'activation de la voie mitochondriale de l'apoptose, ainsi que l'inhibition de Mcl-1 et de la survivine. L'ensemble de ce travail est rassurant quant à l'utilisation de la cytokine TRAIL en thérapie anti-tumorale, dans le cadre d'une thérapie combinée.

No description available.

TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) est une protéine du système immunitaire appartenant à la famille du TNF (Tumor necrosis factor). L'intérêt de TRAIL en thérapie anti-cancéreuse réside dans sa capacité à induire la mort par apoptose des cellules tumorales, sans exercer de toxicité envers les cellules saines. Le principal frein à l’utilisation de TRAIL est la survenue de mécanismes de résistance à TRAIL dans certaines tumeurs. Mon travail de thèse a consisté à étudier ces mécanismes de résistance à TRAIL et à élaborer des stratégies visant à les contourner. Dans un premier temps, mon intérêt s'est porté sur le récepteur antagoniste TRAIL-R4, qui est capable de fixer TRAIL sans engager de signal de mort. Nous avons montré pour la première fois que TRAIL-R4 est à l'origine de l'induction de voies de signalisation intracellulaires de survie et de prolifération dans le modèle HeLa de carcinome du col de l'utérus. Ces cellules résistantes peuvent néanmoins être sensibilisées à l'action de TRAIL par un pré-traitement chimiothérapeutique conventionnel (cisplatine, étoposide ou 5-FU). Cette sensibilisation ne fait pas intervenir la voie mitochondriale de l'apoptose, mais passe par une augmentation du recrutement et de l'activation de la caspase-8 au sein du complexe initiateur de mort (DISC). Dans un deuxième temps, mon travail s'est focalisé sur des lymphomes B non-Hodgkiniens particulièrement agressifs, les lignées VAL et RL. La résistance à TRAIL de ces lymphomes est due à un blocage de la voie mitochondriale de l'apoptose, notamment en raison de l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2, Mcl-1 et survivine. Mon objectif a été d’élaborer une stratégie thérapeutique visant à contourner cette résistance. Dans ce contexte, nous avons évalué l’efficacité d'un composé polyphénolique issu des plantes, la quercétine. Nos résultats montrent que la combinaison de la quercétine et de TRAIL permet de tuer de façon synergique les lymphomes VAL et RL. Le mécanisme moléculaire de cette synergie comprend l'activation de la voie mitochondriale de l’apoptose, ainsi que l'inhibition de Mcl-1 et de la survivine. L'ensemble de ce travail est rassurant quant à l'utilisation de la cytokine TRAIL en thérapie anti-tumorale, dans le cadre d'une thérapie combinée. / The TNF-family member TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) is a cytokine involved in immune anti-tumour surveillance. TRAIL is one of the most promising agents currently under investigation, as it exhibits efficient anti-cancer cytotoxicity with limited side effects on healthy cells. The problem in current cancer therapy is that some cancer cells are already resistant, or can become resistant to TRAIL-induced cell death. The aim of my thesis was to study the mechanisms of resistance to TRAIL, and to find a way to bypass it. First, we were interested in the TRAIL-R4 antagonistic receptor, which is known to bind TRAIL without inducing a death signal. We have demonstrated for the first time that TRAIL-R4 is able to induce intracellular signalling that mediates cell survival and proliferation in the cervical carcinoma HeLa cell line. However, these resistant cells could be sensitized to TRAIL by a pretreatment with standard chemotherapy (cisplatinum, etoposide or 5-FU). This chemo-sensitization does not require the mitochondrial loop of apoptosis, but is accompanied by an enhancement of caspase-8 recruitment and activation within the death-inducing signalling complex (DISC). Next, our interest focused on aggressive non Hodgkin B-lymphomas. These lymphomas are highly resistant to TRAIL because of a defect in the mitochondrial pathway of apoptosis, and through the expression of Bcl-2, Mcl-1 and survivin antiapoptotic proteins. My objective was to elucidate a strategy to restore TRAIL-sensitivity in these lymphomas. In this context, we assessed the use of quercetin, a polyphenolic compound derived from plants. Our results showed that the combination of TRAIL with quercetin efficiently killed these lymphomas in a synergistic fashion. The molecular mechanisms of the synergy include the activation of the mitochondrial pathway, and the inhibition of Mcl-1 and survivin. Taken together, these results are promising for the future use of TRAIL as a combined therapy against cancer.

Proteins from the Bcl-2 family are now for over 30 years widely studied mainly for their key role in apoptosis, a principal mode of regulated cell death. In the last ten years Bcl-2 proteins were also linked to the regulation of cellular signaling, mainly cellular metabolism and respiration. In this study we aimed to analyze non-apoptotic function of Bcl-2 proteins by their genetic elimination using the CRISPR-Cas12a approach and by the subsequent analysis of mitochondrial respiration, glycolysis and metabolic profiling. Our results confirmed that Bcl-2 proteins can modulate the level of mitochondrial respiration. The elimination of anti-apoptotic proteins Bcl-2, Bcl-XL and Mcl-1 decreased high respiration of cells lacking pro-apoptotic proteins Bax and Bak to the levels observed in parental U87-MG glioblastoma cells. Therefore, the loss of anti-apoptotic Bcl-2 proteins has greatly impacted mitochondrial respiration and it points to their role in a regulation of oxidative phosphorylation.

La régulation de l'apoptose fait partie des nouvelles cibles thérapeutiques dans la lutte contre le cancer. L'apoptose est l'autodestruction programmée des cellules qui, suite à un besoin physiologique, permet de réguler le développement des cellules. Dans de nombreux cancers, ce mécanisme est inhibé par une surexpression des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 comme Bcl-xL et Mcl-1. Ce phénomène entraîne le développement des cellules tumorales et des résistances aux chimiothérapies. Dans cette optique, notre équipe à l'Institut de Chimie des Substances Naturelles a développé un criblage de plantes tropicales sur ces cibles. Des écorces d'une annonacée de Malaisie, Meiogyne Cylindrocarpa, a été isolé un sesquiterpène dimère, la meiogynine A, présentant une bonne affinité vis-à-vis de Bcl-xL (Ki = 10.7 M). Sa synthèse totale a été réalisée au laboratoire afin de déterminer sa configuration absolue et d'étudier les premières relations structure activité. Un de ses diastéréoisomères a également présenté une bonne affinité vis-à-vis de la protéine Bcl-xL.Afin d'étudier et d'approfondir les premières relations structure activité, la modulation de la meiogynine A a été réalisée. La synthèse des diénophiles acides a été optimisée afin de conduire majoritairement aux diénophiles précurseurs des composés actifs. Différents triènes ont également été synthétisés au laboratoire en vue de modifier la partie Sud de la meiogynine A. Plusieurs analogues ont ainsi pu être obtenus et ont été évalués biologiquement sur des tests in vitro et ex vivo. Des études de modélisation moléculaire et de RMN structurale ont également été réalisées.

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un programme de collaboration entre l'Université Libanaise et l'université de Rennes 1. La thèse est divisée en deux parties :Chimie du fluor : synthèse de nouveaux hétérocycles portant des chaînes latérales fluorées ; chimie médicinale : recherche de nouvelles molécules à visées anticancéreuses. La première partie se compose de trois chapitres : dans le premier chapitre, des intermédiaires de synthèse de type énones fluorées ont été synthétisés par une voie originale, et leur réactivité en cyclocondensation a été étudiée pour obtenir de pyrazolines et de pyrrolines avec des chaînes latérales fluorés. Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes intéressés à la préparation d'hétérocycles de type chroman-4-one, en utilisant les intermédiaires difluorés précédents. Dans le dernier chapitre, la réaction de Kinugasa a été appliquée pour la première fois sur des dérivés propargyliques gem-difluorés. Cette réaction nous a permis de découvrir une voie de synthèse originale à une famille de composés nouveaux, à savoir des exoalkylidène b-lactames portant un fluor en position vinylique. Dans la seconde partie, notre objectif était de restaurer les propriétés apoptotiques au sein des cellules cancéreuses afin d'obtenir de nouveaux composés à activité antitumorale. A partir de données obtenues par modélisation moléculaire, nous avons fait le design de plusieurs séries d'analogues d'un inhibiteur connu (MIM-1) de la protéine anti-apoptotique Mcl-1. Plus de 40 analogues ont été préparés et testés sur trois variétés de cellules cancéreuses (sein, ovaire et mélanome). Un certain nombre de ces composés ont présenté des activités prometteuses dans ces différents domaines. / This work is a part of a collaboration program between Lebanese University and University of Rennes 1. The thesis is divided into two parts: fluorine chemistryv : synthesis of new heterocycles bearing fluorine-containing side chains ; medicinal chemistry : research towards new anticancer molecules. The first part consists of three chapters: in the first chapter, gem-difluoro enone-type intermediates were synthesized through a new route and their cyclocondensation reactions were studied to get pyrazolines and pyrrolines with fluorinated side chains. In the second chapter, type-chroman-4-one heterocycles were prepared using the previous difluorinated intermediates. In the third chapter, the Kinugasa reaction was applied for the first time on gem-difluoro propargylic derivatives. This reaction has allowed us to discover a pathway to a new family of molecules, the fluorine-containing exoalkylidene β-lactames. In the second part, our goal was to reinduce the proapoptotic properties in cancer cells in order to obtain new antitumor compounds. Starting from data obtained through molecular modeling studies, we designed and prepared several series of analogs for a known inhibitor (MIM-1) of the anti-apoptotic protein Mcl-1. Over 40 analogs have been synthetized and screened towards three types of cancer cells (breast, ovarian and melanoma). Some of these derivatives have demonstrated promising data in these areas.

Les cancers de l’ovaire demeurant particulièrement meurtriers du fait de leur capacité à développer une résistance aux chimiothérapies conventionnelles, il est donc indispensable de mettre en place de nouvelles stratégies thérapeutiques susceptibles de surmonter la chimiorésistance pour améliorer leur prise en charge. Les travaux antérieurs de l’Unité ont démontré que les protéines anti-apoptotiques Bcl-xL et Mcl-1 coopèrent pour protéger les cellules cancéreuses ovariennes contre l’apoptose et que leur inhibition concomitante conduit à la mort des cellules chimiorésistantes. A ce jour, seuls les inhibiteurs de Bcl-xL/Bcl-2 ont démontré une efficacité en clinique, en particulier l’ABT-263 (Navitoclax). En revanche, l’inhibition de Mcl-1 reste problématique dans un contexte clinique. La recherche d’outils pharmacologiques conduisant à l’inhibition ou à l’inactivation de Mcl-1, utilisables en clinique, reste donc un enjeu majeur, d’autant que cette protéine est désormais désignée comme une cible thérapeutique prioritaire dans de nombreuses localisations tumorales. C’est dans ce contexte que mon projet de thèse s’est inscrit, l’objectif étant d’identifier et d’évaluer de nouveaux inhibiteurs pharmacologiques de Mcl-1 synthétisés par des équipes de chimistes. Dans cette optique, mon projet de thèse s’est scindé en deux parties : Dans une première étude, je me suis attachée à cribler in vitro des molécules appartenant à différentes familles chimiques (Oligopyridines dérivées du Pyridoclax, « Lead » de la première génération des oligopyridines précédemment identifié par notre équipe, ou analogues de MIM1) dans le but d’identifier de nouveaux inhibiteurs de Mcl-1 plus actifs que les molécules dont ils dérivent. Ce travail a permis d’identifier la MR31367, une molécule issue du Pyridoclax qui présente une activité pro-apoptotique plus forte que ce dernier sur plusieurs lignées tumorales ovariennes chimioresistantes. Nous avons également pu mettre en évidence sur ces mêmes modèles que plusieurs molécules issues de MIM1 exhibaient une activité pro-apoptotique amplifiée. Cette étude nous a également permi de mettre en évidence une relation structure activité permettant de classer ces molécules en inhibiteurs spécifiques de Mcl-1 et « dual-inhibiteur » de Mcl-1 et Bcl-xL. Dans une seconde étude, mon travail a consisté en l’évaluation préclinique du sel de Pyridoclax. Nous avons étudié l’effet de différentes doses de Pyridoclax administré par différentes voies d’administration, en agent seul ou en combinaison avec l’ABT-263 sur différents modèles tumoraux établis à partir des lignées chimiorésistantes de cancers ovariens. Nous avons ainsi pu mettre en évidence un effet anti-tumoral du Pyridoclax (20 mg/kg/j) administré par voie IV en agent seul sur des 2 modèles des 3 modèles de xénogreffes, et cela sans toxicité avérée. Ces résultats prometteurs ouvrent des perspectives intéressantes quant à l’utilisation d’inhibiteurs pharmacologiques de Mcl-1 pour le traitement des cancers de l’ovaire / Ovarian cancer is the most leading cause of death from gynecologic malignancies because of its late diagnosis and its ability to develop chemoresistance to conventional therapies. It is now essential to develop new therapeutic strategies to overcome this chemoresistance and improve patient care. Our laboratory has demonstrated the overexpression of the Bcl-2 anti-apoptotic proteins Bcl-xL and Mcl-1 and their cooperation to protect ovarian cancer cells from apoptosis. Currently, the clinically relevant pharmacologic inhibition of Bcl-xL is available using ABT-263 (Navitoclax). However, selective direct Mcl-1 inhibition remained a challenge. This protein is one of the most important anti-apoptotic member which is expressed in multiple cancer types and is at the origin of the acquired resistance to chemotherapy and Bcl-2 family inhibitors (Navitoclax, Venetoclax). Thus, Mcl-1 inhibition represents a major challenge for the clinical success of the Bcl-2 family inhibitors. In this context, I was interested in identifying and evaluating new Mcl-1 inhibitors designed and synthetized by different chemistry research teams. My project was focused on two aspects. In the first part, we have evaluated the cytotoxic effect of different molecules derived from 2 Mcl-1 inhibitors, the Pyridoclax from the oligopyridine family and MIM1. The screening of 8 Noxa-mimetic molecules derived from Pyridoclax allowed us to identify MR31367, one of the most potent oligopyridine molecules that shows a stronger anti-apoptotic activity than Pyridoclax (15μM) and sensitizes different chemoresistant ovarian cancer cell lines (IGROV1-R10, SKOV-3 and A2780) to anti-Bcl-xL strategies (ABT-737, siRNA). Furthermore, we have evaluated the pro-apoptotic activity of 14 MIM1 derivative molecules using the same cellular model. This study has demonstrated that most of these derivatives have greater pro-apoptotic activity than MIM1. We have also established the structure-activity relationship leading to classify these molecules as “Mcl-1 inhibitors” or as “dual inhibitors” of Mcl-1 and Bcl-xL.The second part of my project was focused on the preclinical evaluation of Pyridoclax hydrochlorid. We have analyzed the antitumor activity of Pyridoclax hydrochlorid in several subcutaneous xenografts derived from human ovarian cancer cell lines (IGROV1-R10, SKOV-3 and A2780). Different routes of Pyridoclax hydrochlorid administration were tested (oral, IV and IT) and its antitumor effect was analyzed at different doses as single agent or in combination with ABT-263 (100mg/kg). This study highlighted an effective antitumor activity of 20mg/kg of Pyridoclax hydrochlorid administered intravenously as single agent in two of three xenograft models without any side effects. This results open up interesting perspectives for the clinical use of Mcl-1 inhibitors to improve the clinical management of ovarian cancer

Bcl-xL et Mcl-1 sont deux protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 dont dépendent les cancers de l’ovaire pour leur survie, leur inhibition semble donc être une stratégie pertinente. La molécule BH3-mimétique ABT 737 (ou son analogue oral, l’ABT-263), est un puissant inhibiteur de Bcl-xL mais l’inhibition de Mcl-1 reste problématique. Les voies de signalisation PI3K/Akt/mTOR et MAPK/ERK régulent l’expression et l’activité de cette dernière protéine et de ses partenaires BH3-only (Bim, Puma, Noxa). Nous nous sommes donc intéressés à l’intérêt de leur inhibition pour sensibiliser les cellules cancéreuses ovariennes à l’ABT-737. La première étude menée avec le BEZ235, double inhibiteur PI3K/mTOR développé par le laboratoire Novartis, montre qu’il inhibe l’expression de Mcl-1 et induit celle de Puma, et qu’il sensibilise les cellules cancéreuses ovariennes à l’ABT-737 à condition que l’expression de Bim soit également induite. La deuxième étude a évalué les effets de l’AZD8055, inhibiteur du site actif de mTOR développé par le laboratoire AstraZeneca, et du trametinib, inhibiteur allostérique de MEK développé par le laboratoire GlaxoSmithKline et actuellement en clinique, sur trois lignées cancéreuses ovariennes. L’inhibition de l’expression de Mcl-1 et l’induction de celle de Puma par l’AZD8055 ne permettent pas de diminuer suffisamment le ratio [Mcl-1/protéines BH3-only] pour sensibiliser les cellules à l’ABT-737. En revanche, la forte induction de Bim sous forme active déphosphorylée par le trametinib permet de diminuer suffisamment ce ratio pour sensibiliser deux des trois lignées testées à l’ABT-737. C’est cependant la triple combinaison AZD8055/trametinib/ABT-737 qui est la plus efficace pour induire une apoptose massive dans les trois lignées. Par ailleurs, de façon intéressante, l’association de l’AZD8055 et du trametinib est cytotoxique sans ABT 737 dans une des lignées testées. Ces résultats mettent en évidence l’efficacité de différentes stratégies thérapeutiques multi-cibles et la nécessité de définir des marqueurs prédictifs de la réponse afin d’évoluer vers un traitement personnalisé pour améliorer la prise en charge des cancers de l’ovaire. / Ovarian cancers depend on Bcl-xL and Mcl-1, two anti-apoptotic protein of the Bcl-2 family, for their survival and their inhibition seems to by a relevant strategy. The BH3-mimetic molecule ABT-737 (or its oral form, ABT-263), is a strong Bcl-xL inhibitor, but Mcl-1 inhibition remains problematic. Signaling pathways PI3K/Akt/mTOR and MAPK/ERK regulate expression and activity of Mcl-1 and its BH3-only partners (Bim, Puma, Noxa). We focused on the interest of their inhibition to sensitize ovarian cancer cells to ABT-737. The first study with BEZ235, a PI3K/mTOR dual inhibitor developed by Novartis, inhibits Mcl-1 expression and induces the one of Puma, and sensitizes ovarian cancer cells to ABT-737 provided that Bim expression is induced. The second study evaluated the effects of AZD8055, mTOR active site inhibitor developed by AstraZeneca, and of trametinib, MEK allosteric inhibitor developed by GlaxoSmithKline and currently in clinic, on three ovarian cancer cell lines. Mcl-1 expression inhibition and Puma expression induction by AZD8055 does not sufficiently reduce [Mcl-1/BH3-only proteins] ratio to sensitize cells to ABT-737. On the other hand, strong Bim induction in its active dephosphorylated form by trametinib sufficiently reduce this ratio to sensitize two of the three cell lines tested to ABT-737. Nevertheless, the triple combination AZD8055/trametinib/ABT-737 is the most efficient to induce massive apoptosis in the three cell lines. Besides, interestingly, AZD8055 and trametinib association is cytotoxic without ABT-737 in one of the tested cell lines. These results highlight the efficacy of different multi-targets therapeutic strategies and the need of predictive marker definition of the response to develop personalized treatment and to improve ovarian cancer management.

No description available.