L'environnement tumoral reste mal défini et cliniquement sous-utilisé, les agents tumoricides agissant directement sur les cellules tumorales. Cependant, il est admis que les cellules tumorales dépendent de leur environnement pour se développer au maximum. Ce projet de thèse s’est concentré sur la molécule « a proliferation inducing ligand » (APRIL) qui est impliquée dans la survie, la prolifération et la différenciation des cellules B. Son rôle pathologique a été investigué dans les lymphomes diffus à grandes cellules B (DLBCL) et les myélomes multiples (MM). Grâce à un modèle murin nous avons pu démontrer le rôle pro-tumoral direct d’APRIL dans les DLBCL. Chez les patients, APRIL est d’origine paracrine, produit par les cellules myéloïdes et ciblant les cellules tumorales. Son expression intra-tumorale est variable et un niveau élevé corrèle avec un mauvais pronostic. L’expression d’APRIL est dictée par des mécanismes chémotactiques. L’expression différentielle de certaines chémokines par les cellules tumorales influence le recrutement des cellules productrices d’APRIL. Nous avons également démontré qu’APRIL possède un mode de signalisation atypique dans les DLBCL. Les cellules ont besoin d’internaliser APRIL afin d’activer BCMA, un récepteur de signalisation qui est principalement exprimé de manière intracellulaire. Dans les MM, APRIL possède également un rôle pro-tumoral direct tel que démontré dans un modèle murin. Chez les patients, APRIL est d’origine paracrine et principalement exprimé par les cellules myéloïdes immatures. Malgré l’infiltration tumorale de la moelle osseuse, l’expression d’APRIL reste stable grâce au remodelage du microenvironnement. Un modèle murin nous a permis d’identifier une boucle autocrine basée sur l’interkeuline-6 qui permet la persistance des cellules myéloïdes immatures pendant le développement tumoral, fournissant une expression stable du facteur pro-tumoral APRIL. Globalement, nos travaux ont permis d’identifier APRIL comme un biomarqueur prédictif de la survie avec une valeur thérapeutique dans le DLBCL. La caractérisation des mécanismes moléculaires contrôlant l’expression différentielle d’APRIL ouvre des perspectives thérapeutiques pour son antagonisme. APRIL possède également une valeur thérapeutique dans le MM. La caractérisation de la source cellulaire d’APRIL et de l’interleukine-6, deux facteurs pro-tumorales pour le MM, nous a conduit à de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Tumor microenvironment remains largely ill-defined and clinically underused, as all currently used tumoricidal agents act directly on tumor cells. However it is well known that tumor cells depend on their environment to fully develop. This thesis project focused on the molecule “a proliferation inducing ligand” (APRIL) which is involved in B-cell survival, proliferation and differentiation. Its pathological role was investigated in diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) and in multiple myeloma (MM). Thanks to a murine model we have been able to demonstrate the direct pro-tumoral role of APRIL in DLBCL development. In patients APRIL is of paracrine origin, being produced by myeloid cells and acting on tumor cells. Intra-tumoral expression is variable and a high level of APRIL expression correlates with a poor prognosis. APRIL expression is controlled by chemotactic mechanisms. Differential expression of certain chemokines by tumor cells influence APRIL-producing cells recruitment. We also showed that APRIL has an atypical way of signaling in DLBCL. Tumor cells need to internalize APRIL in order to activate BCMA, a signaling receptor which is mainly expressed intracellularly. In MM, APRIL also possesses a direct pro-tumoral effect as demonstrated in a mouse model. In patients, APRIL is of paracrine origin and mainly expressed by immature myeloid cells. Despite tumor-cell infiltration into the bone marrow APRIL expression remains stable thanks to microenvironment remodeling. A mouse model allowed us to identify an autocrine loop based on interleukin-6 which allows persistence of immature myeloid cells during tumor development, providing a stable expression of the pro-tumoral factor APRIL. Globally, our work identified APRIL as a predictive biomarker with a therapeutic value in DLBCL. Characterization of molecular mechanisms controlling differential expression of APRIL opens new therapeutic perspectives by its antagonism. APRIL also possesses a therapeutic value in MM; characterization of the cellular source for APRIL and interleukin-6, two pro-tumoral factors in MM, has led us to new therapeutic perspectives.

Les adultes conspécifiques (ou évolutivement proches) réduisent le recrutement des graines/plantules à leur proximité, à cause d’une forte pression de prédation par des ennemis spécialistes ou peu mobiles (Hypothèse de Janzen-Connell). Cependant, l’importance de l’effet Janzen-Connell reste controversé, suggérant que les interactions entre adultes et plantules ne se restreignent pas aux adultes conspécifiques proches, ni aux ennemis spécialistes : les adultes hétérospécifiques, la taille des adultes et la représentation de leur lignée dans la canopée pourraient aussi contrôler le recrutement des plantules. De plus, les effets des adultes sur les graines/plantules pourraient être médiés par des ennemis généralistes et très mobiles, par des champignons mutualistes et par certaines conditions micro-environnementales. Nous avons étudié les effets des arbres adultes sur le recrutement des graines/plantules de chêne, via les ennemis mobiles, les champignons mutualistes et enfin les conditions micro-environnementales. Nos résultats démontrent que : (i) un adulte conspécifique empêche le recrutement des plantules à proximité, via une accumulation des décomposeurs spécialistes qui augmentent la qualité nutritionnelle des plantules, attirant ainsi les ennemis. De plus, un adulte de grande taille attire des herbivores mollusques ; (ii) un adulte hétérospécifique favorise le recrutement des plantules à sa proximité, en réduisant l’herbivorie et en améliorant le microenvironnement ; (iii) une canopée évolutivement proche favorise le recrutement des graines et plantules, en rassasiant les prédateurs de graines et en augmentant le soutien par les mycorhizes, respectivement. Ainsi, nos résultats permettent d’identifier les structures forestières optimales pour le recrutement du chêne. De plus, nos résultats suggèrent que le recrutement maintient les chênes proches de leurs espèces apparentées et donc dans leur niche ancestrale. / Conspecific (or closely related) adults reduce seed/seedling recruitment in their proximity, due to high pressure from specialized or little mobile enemies (Janzen-Connell Hypothesis). However, the importance of the Janzen-Connell effect remains controversial, suggesting that interactions between adults and seedlings are not restricted to close conspecific adults, nor to specialized enemies: heterospecific adults, size of adults and dominance of their lineage in the canopy may also control seed/seedling recruitment. Moreover, effects of adults on seeds/seedlings may be mediated by generalist or mobile enemies, fungal mutualists, and microenvironmental conditions. We studied the effect of adult trees on recruitment of oak seeds/seedlings, via mobile enemies, fungal mutualists, and finally microenvironmental conditions. Our results demonstrated that (i) a conspecific adult impedes recruitment of proximate seedlings by accumulating specialist decomposers that favor nutritional quality of seedlings and thereby attract herbivores. Moreover, a large adult attracts mollusk herbivores; (ii) a heterospecific adult favors recruitment of proximate seedlings, by reducing herbivory and improving the micro-environment; (iii) a closely related canopy favors seeds and seedlings recruitment, by oversaturating seed predators and increasing mycorrhizal support, respectively. Hence, our results permit to identify forest structures that are optimal for oak recruitment. Moreover, our results suggest that recruitment maintain oaks close to related species, in their ancestral niche.

L’angiogénèse tumorale correspond à la formation de nouveaux vaisseaux sanguins afin d’alimenter la tumeur et d’amplifier son développement. Cette étape constitue un facteur pronostique défavorable pour les patients et son inhibition représente un fort intérêt thérapeutique. Parmi les acteurs participant à l’angiogénèse tumorale, on retrouve l’enzyme de dégradation héparanase au sein du microenvironnement tumoral de nombreux cancers. Ces travaux de thèse ont pour objectif de développer des inhibiteurs spécifiques de l’héparanase à partir de polysaccharides sulfatés pour le traitement de l’angiogénèse tumorale. La première partie de ces travaux a été consacrée à l’élaboration de polysaccharides sulfatés de bas poids moléculaires issus de sources animales (Héparine, Chrondroïtine sulfate), algales (Fucoïdanes, Carraghénane-λ-ι-κ) ou bactérienne (Dextran sulfate). Nous avons utilisé pour cela un procédé de dépolymérisation radicalaire assisté par ultrasons, développé en 2013 au laboratoire, que nous avons associé à un procédé de modification chimique appelé glycol-split. Les composés produits ont été évalués pour leurs activités d’inhibition de l’héparanase et de la coagulation sanguine. Ce criblage a notamment permis l’identification d’un dérivé de bas poids moléculaire issu de Carraghénane-λ possédant une forte inhibition de l’héparanase pour une faible inhibition de la coagulation. La deuxième partie de ces travaux s’est ensuite concentrée sur l’évaluation du potentiel anti-angiogénique des inhibiteurs de l’héparanase. Dans ce but, nous avons dans un premier temps évalué le rôle de l’hypoxie et/ou le manque de nutriments sur la production d’héparanase par des cellules de cancers mammaires. Dans ces conditions de stress, nous avons observé que la lignée MCF-7 excrétait une forte quantité d’héparanase. L’analyse en Matrigel 3D du réseau angiogénique formé par des cellules microvasculaires HskMEC, en présence du surnageant de MCF-7 riche en héparanase, a montré une forte stimulation de l’angiogénèse. Les mêmes tests réalisés en présence des inhibiteurs de l’héparanase ont montré une inhibition de l’angiogénèse qui semblait corrélée avec l’inhibition de l’héparanase. / Tumor angiogenesis is defined by the spouting of new blood vessels from preexisting ones in order to sustain and amplify the tumor development. This crucial step is associated with poor prognosis for patients and it’s inhibition is therefore considered as a primising way to treat cancer. Among several actors participating in the angiogenesis process, the degradative enzyme heparanase is active in the tumor microenvironment of many cancers. The work presented in this thesis aim to develop specific heparanase inhibitors using sulfated polysaccharides for the treatment of tumor angiogenesis. The first part of this work is dedicated to the conception of low molecular weights sulfated polysaccharides obtainable from animal source (Héparine, Chondroïtine sulfate), algal source (Fucoidan, Carrageenan-λ-ι-κ) and bacterial source (dextran sulfate). To do so, we used a depolymeriation process based on free radicals associated to ultrasonic waves developed in 2013 in the laboratory. This depolymerization method was then coupled with a chemical process called glycol-split. The produced compounds were evaluated for their capacity to inhibit heparanase and blood coagulation. This screening phase lead to the identification of a low molecular weight compound produced from λ-carrageenan endowed with a strong heparanase inhibition power and a low impact on the blood coagulation. The second part of this work was then focused on the evaluation of the anti-angiogenic properties of our best heparanase inhibitors. To do so, we first evaluated the role of hypoxia and lack of nutrients on the heparanase production from breast cancer cell lines. In these higly stressful conditions, we observed that the MCF-7 cell line secreted a huge amount of heparanase. 3D Matrigel angiogenesis network formation using Hsk-MEC microvascular cells in the presence of MCF-7 heparanase rich supernatant showed a strong angiogenesis stimulation. Same tests realized in the presence of heparanase inhibitors showed an angiogenesis inhibition power that seemed correlated with heparanase inhibition.

Le microenvironnement des cellules tumorales présente plusieurs particularités comme l'hypoxie, l'acidification du milieu extracellulaire et l'hypersécrétion d'enzymes hydrolytiques. Ces hydrolases, comme la cathepsine D et l'héparanase, interviennent dans les étapes de la progression tumorale et notamment l'angiogenèse. Cette thèse s'intègre dans un projet dont la finalité est de concevoir un nano-objet moléculaire enzymo-sensible qui réagirait d'une manière spécifique aux enzymes hypersécrétées dans le microenvironnement tumoral pour assurer de façon simultanée, une fonction de détection et de ciblage des tumeurs. La première partie de nos travaux a été consacrée à la conception et à la validation d'un lien peptidique intégrable dans l'objet moléculaire, sensible aux formes de la cathepsine D actives du microenvironnement tumoral de cancers mammaires. Cet objectif a été réalisé suite à l'étude cinétique de l'hydrolyse de 5 peptides par la cathepsine D mature et la pro-cathepsine D dans les conditions de pH du microenvironnement tumoral. Nous avons également étudié l'effet de l'hypoxie et de l'acidification du milieu extracellulaire sur la sécrétion des formes actives de la cathepsine D par la lignée tumorale de cancer mammaire MCF-7. Dans une deuxième partie, nous avons travaillé sur l'élaboration d'héparines de bas poids moléculaire pouvant assurer la fonction thérapeutique de l'objet moléculaire grâce à leur activité anti-angiogénique. Nous avons mis au point une méthode innovante pour la dépolymérisation de l'héparine qui consiste en une hydrolyse radicalaire par le péroxyde d'hydrogène assistée par les ultrasons. Cette technique permet la production d'oligosaccharides d'héparines caractérisées par des poids moléculaires et des degrés de sulfatation contrôlés. En fonction des conditions de dépolymérisation par cette technique, les héparines de bas poids moléculaires produites peuvent être utilisées comme anticoagulant ou anti-angiogénique. / Tumor microenvironment is characterized by several particularities such as hypoxia, extracellular media acidification and the hyper-secretion of hydrolytic enzymes. These hydrolases, such as cathepsin D and heparanase, are involved in many steps of tumor progression like angiogenesis. This thesis is a part of a project that aims to develop a "smart" molecular nano-object that specifically reacts to hyper-secreted enzymes in the tumor microenvironment for the simultaneous detection and targeting of tumor. The first part of our work concerned the design and the validation of a peptide that is sensitive to active forms of cathepsin D which is a protease, unregulated in many tumors microenvironment such as breast cancers. This objective has been achieved following the kinetic study of the hydrolysis of 5 peptides by mature cathepsin D and procathepsin D in the pH conditions of the tumor microenvironment. On the other hand, we studied the effect of hypoxia and the acidification of the extracellular medium on the secretion of active forms of cathepsin D by the breast cancer cell line MCF-7. In a second part, we worked on the development of low molecular weight heparins that may provide therapeutic function of the molecular object through their anti-angiogenic activity. We have developed an innovative method for the depolymerization of heparin that consists on a radical hydrogen peroxide hydrolysis assisted by ultrasound. This technique allows the production of heparins oligosaccharides characterized by controlled molecular weight and degree of sulfatation. Depending on the depolymerization conditions by this technique, the produced low molecular weight heparins can be used as an anticoagulant or anti-angiogenic.

Les glioblastomes sont des tumeurs primaires du cerveau les plus malignes. L’identification des cellules souches cancéreuses de glioblastome (CSGs) a transformé notre vision globale des glioblastomes en révélant une hiérarchie cellulaire au sein de ces tumeurs. Les CSGs sont douées de propriétés d’auto-renouvellement, de différenciation et peuvent entrer en quiescence. Elles sont considérées comme les cellules entretenant les tumeurs, responsables de leur dissémination et des rechutes après traitement. La découverte des CSGs a conduit à un changement de paradigme dans le développement des thérapies anticancéreuses, avec la nécessité de cibler dans le traitement non seulement les cellules de la masse tumorale, mais aussi les CSGs. Un criblage différentiel de la chimiothèque Prestwick réalisé au laboratoire a permis d’identifier le bisacodyl comme une molécule présentant une cytotoxicité spécifique sur les CSGs en quiescence.Cette thèse présente un travail sur la caractérisation des CSGs, la compréhension du mode d’action du bisacodyl, ainsi que l’évaluation de son potentiel thérapeutique sur un modèle 3D in intro et des modèles in vivo. / Glioblastomas are the most malignant primary brain tumors. The identification of glioblastoma stemcells (GSCs) has transformed our comprehension of those tumors by revealing a hierarchical organization. GSCs can self-renew, differentiate and enter into a quiescent state. They are considered as cells which fuel and as the main culprits of tumor relapse. The discovery of GSCs triggered a change in paradigm for cancer therapy. Indeed to gain in efficacy, therapies need to target, not only the cells forming the bulk of the tumor, but also GSCs particularly resistant and endowed with a high tumorigenic potential. Chemical screening of the Prestwick chemical library in our laboratory, unveiled bisacodyl with a specific activity on quiescent GSCs.This thesis presents work on the characterization of GSCs, study of the mode of action of bisacodyl on GSCs, as well as a preclinical evaluation of bisacodyl on a 3D model in vitro and animal models in vivo.

La spectroscopie UV-Vis résolue en temps a été appliquée à l'étude de différents systèmes moléculaires dont la photophysique est contrôlée par leur interaction avec l’environnement, mais aussi comme outil pour révéler des interactions moléculaires ou des dynamiques structurelles à des échelles de temps comparativement lentes (sec à min.), en utilisant la microfluidique de gouttes pour déclencher une relaxation structurale par des conditions initiales hors équilibre. J'ai appliqué cette approche selon trois axes allant de 1) l'étude approfondie des propriétés émissives des biosenseurs afin de permettre leur utilisation quantitative dans les études d'interactions biomoléculaires, à 2) le développement d'une approche expérimentale originale pour permettre la résolution la cinétique de relaxation structurelle d'une répartition hors équilibre des structures biomoléculaires, et enfin 3) l'application aux biotechnologies à haut débit de la fluorescence résolue en temps pour des analyses d'interactions biomoléculaires précises et rapides, pertinente à la fois pour les domaines académiques et industriels. / In the context of the present thesis, UV-Vis time-resolved spectroscopy was applied targeting the photophysics investigation of different environmentally sensitive molecular systems, but also as a biosensing approach to reveal molecular interactions or structural dynamics on much slower time scales (sec to min), using droplet microfluidics triggering structural relaxation through out-of-equilibrium initial conditions. I thus investigated on a three-axis-target spanning from 1) the in-depth investigation of the emissive properties of biosensors in order to allow their quantitative use in biomolecular interaction studies, to 2) the development of an original experimental approach to enable resolving the structural relaxation kinetics of an out-of-equilibrium distribution of biomolecular structures, and finally 3) the technological application of time resolved fluorescence for precise, rapid, cost effective, biomolecular interaction assays, appealing both for academic and industrial arenas.

Les Formes réactives de l’oxygène (FRO) ont un rôle bien établi dans l’oncogénèse en augmentant les capacités de prolifération et d’invasion des cellules tumorales. Mais les FRO exercent aussi un effet important sur le microenvironnement tumoral, en particulier en participant à l’échappement des tumeurs au système immunitaire. Une modulation pharmacologique de l’équilibre oxydo-réductif tumoral est donc susceptible d’influencer la progression tumorale. Il a été montré que l’induction pharmacologique d’un stress oxydant dans les cellules tumorales peut induire un effet cytotoxique mais ses effets sur le microenvironnement sont moins bien connus. L’objectif de nos travaux était d’étudier l’effet d’une modulation du stress oxydant sur les cellules immunitaires du microenvironnement tumoral et in fine de préciser les conséquences potentielles sur la progression tumorale. L’arsenic trioxyde (As2O3), inducteur de FRO, présentait à faible dose, dénuée d’effet cytotoxique direct sur les cellules malignes, un effet antitumoral dans un modèle de cancer colique murin. Cet effet était lié à une déplétion sélective en lymphocytes T régulateurs (Tregs) et était médié par la génération d’anions superoxyde (O2°-) et de monoxyde d’azote (NO), eux même responsables de la formation de peroxynitrite. Les Tregs présentaient un niveau basal de FRO plus élevé que les autres populations lymphocytaires, qui pourrait expliquer leur plus grande sensibilité à un surcroît de stress oxydant induit par l’As2O3. Un cytotoxique antitumoral, la vinorelbine, s’est également montré capable d’exercer un effet sur le microenvironnement tumoral. Par co-cultures, nous avons montré que la vinorelbine induisait un effet bystander toxique sur les cellules immunitaires effectrices voisines des cellules tumorales. In vivo, le prétraitement par vinorelbine de cellules malignes implantées à la souris était responsable d’une perte de la réactivité anti-tumorale des cellules mono-nuclées. Cet effet était dépendant de la production d’O2°- et de NO par les cellules malignes. Un modulateur du stress oxydant, le mangafodipir, inhibait cet effet, permettant ainsi de restaurer la réponse immunitaire antitumorale locale. Notre travail a donc permis de mettre en évidence que des modulateurs du stress oxydant peuvent agir sur le microenvironnement, et spécialement sur les cellules immunitaires. Ils pourraient être utilisés en clinique pour restaurer la réponse immunitaire antitumorale. Une meilleure compréhension du rôle du stress oxydant dans la défaillance de l’immunité antitumorale est nécessaire. / Several reports have demonstrated the involvement of reactive oxygen species (ROS) in carcinogenesis, through promotion of cancer cell proliferation and invasion. But ROS could also have consequences on non cancerous cells which are part of the tumor microenvironment, such as immune cells. Therefore, a pharmacological modulation of oxidative stress can induce a cytotoxic effect on tumor cells but its consequences on microenvironment are unknown. The aim of our studies was to evaluate the effects of a pharmacological modulation of oxidative stress on immune cells from the tumor microenvironment. At low dose, Arsenic trioxide (As203), an oxidative stress modulator, was shown to exert antitumor effects in colon tumor-bearing mice. We observed that this effect was related to As203-induced regulatory T cells (Tregs) -selective depletion in vitro and in vivo and was mediated by oxidative and nitrosative bursts. The differential effect of As203 on Tregs versus other CD4 cells was related to difference in the cells’redox status. We also observed that vinorelbine, an anticancer agent, could interfere with the antitumor immune response. We showed that vinorelbine could alter the function of immune cells surrounding tumor cells by a bystander toxic effect against tumor effector cells. In vivo experiment in A549 tumor bearing nude mice showed that adoptive transfer of A549 immune splenocytes was not able to delay tumor growth when vinorelbine-pretreated A549 cells were used for immunization. This effect was mediated by ROS and was inhibited by an oxidative stress modulator, mangafodipir, which restored antitumor immune function. Therefore, our work showed that oxidative stress modulators can influence tumor microenvironment and more specifically, immune cells. They could be used to restore antitumor immune response.

La FAK est une tyrosine kinase cytoplasmique qui régule divers processus cellulaires, dont la survie, la prolifération, la différenciation et la motilité. Bien que diverses études aient démontré l'importance du FAK dans la pathogenèse du SMD et de la LAM, le rôle de cette molécule dans le microenvironnement des tumeurs du SMD et de la LAM reste à déterminer davantage. En examinant les CSM de la moelle osseuse qui dérivent de patients atteints de SMD et de LAM, nous avons observé une augmentation continue de l'expression et de l'activation de la FAK pendant la progression du SMD vers de la LAM, semblable à celle observée chez les patients hémopoïétiques. Dans le SMD à faible risque, on a constaté que les CSM se caractérisaient par une faible expression et une faible activation du FAK. Ils présentaient une morphologie modifiée, un immunophénotype, une différenciation et l'expression de facteurs favorables à l'hématopoïèse. Il convient de noter que ces caractéristiques pourraient être largement reproduites dans les CSM saines par inhibition FAK. De plus, l'appauvrissement en FAK dans la lignée cellulaire stromale pourrait induire une expansion massive et l'apoptose des CSH normaux. Nos résultats mettent en évidence le rôle crucial du FAK dans le maintien des fonctions des CSM et fournissent la preuve que la dysrégulation du FAK dans les CSM contribue à la perturbation de l'hématopoïèse et éventuellement à la progression des tumeurs malignes myéloïdes. Une meilleure compréhension du rôle que joue le microenvironnement du SMD et de la LAM permettra de mieux reconnaître les patients à faible risque et de mettre au point des traitements ciblant les CSM défectueuses, améliorant ainsi le résultat clinique / FAK is a cytoplasmic tyrosine kinase that regulates diverse cellular processes, including survival, proliferation, differentiation, and motility. Though various studies have demonstrated the importance of FAK in MDS and AML pathogenesis, the role of this molecule in MDS and AML tumor microenvironment remained to be further determined. By examining BM MSCs derived from MDS and AML patients, we have observed a continues increase of FAK expression and activation during MDS progression to AML, similar to those detected in hemopoietic counterparts. In LR-MDS, MSCs were found to be characterized by low FAK expression and activation. They exhibited altered morphology, immunophenotype, differentiation, and expression of hematopoiesis-supporting factors. Of note, these features could be largely reproduced in normal MSCs by FAK inhibition. Furthermore, FAK depletion in BM stromal cell line could induce massive expansion and apoptosis of normal HSPCs. Our results highlight a critical role of FAK in maintaining the functions of BM MSCs and provide evidence that dysregulation of FAK in MSCs contribute to the disturbed hematopoiesis and possibly the progression of myeloid malignancies. A greater understanding of the role that BM microenvironment plays in MDS and AML will enable an increased recognition of poor-risk patients and the development of therapies that target the defected MSCs, thereby improving the clinical outcome

Les fonctions immunitaires déclinent au cours du vieillissement, un phénomène qui pourrait être lié à l'accumulation de cellules sénescentes dans les tissus. La sénescence est un état irréversible d'arrêt de croissance qui s'engage principalement en réponse à des dommages irréparables de l'ADN. Les cellules sénescentes ont un phénotype sécrétoire pro-inflammatoire (SASP) qui affecte les tissus voisins. CD73 est une enzyme qui travaille en collaboration avec CD39 pour produire de l’adénosine à partir d‘adénosine triphosphate (ATP). Il a été démontré que des concentrations plus élevées d'adénosine dans un microenvironnement tumoral nuisent aux fonctions des cellules immunitaires. L'objectif de ce projet est de déterminer si les fibroblastes sénescents ont la capacité d'induire l'expression de CD39/CD73 à la surface des cellules tueuses naturelles (NK) et d'inhiber la réponse immunitaire antitumorale. Nos résultats montrent que les cellules NK-92, NKAES (cellules tueuses naturelles amplifiées) et les cellules NK primaires expriment des niveaux plus élevés de CD39/CD73 lorsqu'elles sont cultivées avec des fibroblastes sénescents. De plus, nous avons observé que le marqueur CD73 est aussi augmenté dans les fibroblastes sénescents. L'augmentation était cependant plus prononcée lorsque la sénescence était induite en raison de la surexpression de l’oncogène hRASv12 plutôt que suite à l'exposition à des radiations ionisantes. En outre, la cytotoxicité des cellules NK diminue lorsque celles-ci sont exposées à un environnement sénescent et lorsqu'on traite les cellules avec 2-Chloro Adénosine (CADO), un analogue de l'adénosine. Nous supposons que l'augmentation de l'expression de CD39/CD73 conduira à une production accrue d'adenosine, créant ainsi un environnement immunosuppressif. La caractérisation de l'impact de la sénescence cellulaire sur les fonctions des cellules NK pourrait donner un aperçu du développement de stratégies visant à augmenter la capacité du système immunitaire à éliminer les cellules tumorales, améliorant potentiellement les résultats du traitement du cancer. / Immune functions decline during aging, a phenomenon that may be linked to the accumulation of senescent cells in tissues. Senescence is an irreversible state of cell growth arrest often in response to irreparable DNA damage. Senescent cells have a proinflammatory secretory phenotype (SASP) that affects nearby tissues. CD73 is an enzyme that works in collaboration with CD39 to produce adenosine from adenosine triphosphate (ATP). Higher concentrations of adenosine in a tumor microenvironment were shown to impair immune cell functions. The objective of this project is to determine whether senescent fibroblasts have the ability to induce CD39/CD73 expression at the surface of natural killer (NK) cells and inhibit the antitumoral immune response. Our results show that NK-92, NKAES and primary NK cells express higher levels of CD39/CD73 when grown in co-culture with senescent fibroblasts. Similarly, we also observed that the CD73 marker is increased in senescent fibroblasts. The effect was, however, more pronounced when fibroblasts were induced to senesce because of the overexpression of oncogenic hRASv12 compared to when induced to senesce following exposure to ionizing radiation. In addition, the cytotoxicity of NK cells decreases when NK cells are exposed to a senescent environment and when treated with 2- Chloroadenosine (CADO), an analog of adenosine. We hypothesize that increased CD39/CD73 expression will lead to an increased production of adenosine creating an immunosuppressive environment. Characterization of the impact of cellular senescence on the function of NK cells could provide insights into the development of strategies to increase the ability of the immune system to eliminate tumor cells, potentially improving cancer treatment outcomes.

Introduction: Le mélanome est le type de cancer de la peau le plus fréquent et les métastases du système nerveux central en sont une complication fréquente et grave. Les cellules de mélanome interagissent avec une grande variété de types de cellules dans le microenvironnement tumoral (MET), ce qui peut entraîner des effets pro- ou antitumoral. Plusieurs voies immunosuppressives ont été récemment découvertes comme des cibles médicamenteuses prometteuses, notamment la voie de l'adénosine. L'adénosine extracellulaire s'accumule dans le MET suite à l'hydrolyse de l'ATP par les ectonucléotidases CD39 et CD73. Les principaux régulateurs de la voie de l'adénosine sont CD39, CD73, et les récepteurs A2a et A2b. Matériel et Méthodes: Pour caractériser spatialement le MET des métastases cérébrales du mélanome (MCM), nous avons quantifié l'expression de 35 marqueurs protéiques à l'aide du time of flight (CyTOF) Imaging Mass Cytometry (IMC) dans 21 MCM, et segmenté et classé plus de 130 000 cellules. Ensuite, pour évaluer les effets du ciblage du récepteur A2b et du CD73 dans la voie de l'adénosine sur le développement du mélanome, nous avons utilisé les tests de prolifération IncuCyte et MTS pour évaluer la prolifération des cellules de mélanome. Résultats: Dans notre ensemble de données, les caractéristiques immunitaires du MET étaient hétérogènes dans tous les échantillons et le type de cellule le plus courant après les cellules cancéreuses du mélanome était les macrophages dérivés de la moelle osseuse (MDMO). Les échantillons à propagation leptoméningée avaient significativement moins de neutrophiles, de MDMO de type M1, d'autres cellules T et plus de cellules cancéreuses dans leur microenvironnement. Nous avons observé que la stimulation du récepteur A2b a un effet antiprolifératif sur les cellules cancéreuses du mélanome. Conclusion: Cette recherche met en évidence le rôle du MET dans la progression du mélanome et l'importance du MET comme base pour le développement de nouvelles thérapies pour les patients atteints de cancer. / Background: Melanoma is the most frequent type of skin cancer and metastasis to the central nervous system is a common and serious complication of it. Melanoma cells interact with a wide variety of cell types in the tumor microenvironment (TME) which can lead to tumor-promoting or tumor suppressive effects. Several immunosuppressive pathways have emerged as promising drug targets, including the adenosine pathway. The extracellular adenosine accumulates in the TME as the result of ATP hydrolysis by the ectonucleotidases CD39 and CD73. Key regulators of the adenosine pathway are CD39, CD73, A2a and A2b receptor. Methods: To spatially characterize the TME of melanoma brain metastases (MBM), we quantified the expression of 35 protein markers using time of flight (CyTOF) Imaging Mass Cytometry (IMC) in 21 MBMs, and segmented and classified over 130 000 cells. Then, to evaluate the effects of targeting the A2b receptor and CD73 in the adenosine pathway on the development of melanoma, we used the IncuCyte and MTS proliferation assays to assess the proliferation of melanoma cells. Results: In our dataset, the immune landscape of the TME was heterogeneous across all samples and the most common cell type after melanoma cancer cells were bone marrow derived macrophages (BMDM). Samples with leptomeningeal spread had significantly less neutrophils, M1-like BMDM, T other cells and more cancer cells in their microenvironment. We observed that stimulation of the A2b receptor has an antiproliferative effect on melanoma cancer cells. Conclusion: This research highlights the role of the TME in the progression of melanoma and the importance of the TME as grounds for development of new therapies for cancer patients.