7 Abstract Neuroblastoma is the most common extracranial solid tumor of childhood. Despite advances in cancer diagnosis and therapy, the treatment of some forms of neuroblastoma is still complicated. One of the major complications of the chemotherapy is a developed drug resistance. This master thesis deals with the effect of cytostatics on protein and gene expression of selected proteins, which may contribute to chemoresistance of the human neuroblastoma cell line UKF-NB-4. The sensitive line UKF-NB-4 and the resistant line UKF-NB-4CDDP , UKF-NB-4DOXO and UKF-NB-4ELLI were exposed to cisplatin, doxorubicin, ellipticine for 24, 48 and 72 hours. The Western blot analysis showed that cytostatic agents cisplatin, doxorubicin or ellipticine added to the sensitive neuroblastoma cell line UKF-NB-4 in amounts which are added to resistant neuroblastoma cell lines in order to maintain resistance induced expression of p53 and reduced expression of retinoblastoma protein pRb after 72 hours of cultivation. Differences in the expression of RAS protein, cytochrome P450 1A1, 3A4 and cytochrome b5 has not been shown. Changes in the expression of the studied proteins in resistant lines UKF-NB-4CDDP , UKF-NB-4DOXO and UKF-NB-4ELLI cultured with and without cytostatic agents were not detected by the Western blot analysis....

Les agents permettant de créer des dommages sur l'ADN sont principalement utilisés dans les traitements contre le cancer. L'activation de points de contrôle du cycle cellulaire après lésion de l'ADN entraîne un arrêt du cycle des cellules. De la connaissance des mécanismes moléculaires de l'arrêt du cycle cellulaire par ces points de contrôle dépend l'efficacité du traitement. Dans les cellules humaines, ces points de contrôle sont primordiaux puisque leur inactivation entraîne la carcinogenèse (génération de cancers). Après traitement par des agents chimiothérapiques et des rayons X, les cellules s'arrêtent en phase G-1 et G-2/Mitose (M) du cycle cellulaire. Si de nombreuses études ont permis de clarifier les mécanismes de l'arrêt en phase G-1 pour des cellules dont l'ADN est endommagé, peu de données sont disponibles concernant l'arrêt en phase G-2/M. Parmi ces points de contrôle, le point de contrôle G-2/M est particulièrement important car il prévient l'entrée en mitose (phase M) des cellules dont l'ADN est endommagé. <br /> Nous avons analysé le rôle du complex appelé APC (Anaphase-Promoting Complex) dans les points de contrôle G-2/M après lésion de l'ADN. Les lésions de l'ADN sont induites dans les cellules synchronisées en phase S. Suite à ces dommages, les cellules montrent un retard et s'arrêtent en phase G-2 avec 4N chromosomes. Afin d'identifier les bases biochimiques de l'arrêt en G-2/M après traitement avec des agents endommageant l'ADN, nous allons concentrer notre recherche sur un complexe composé de multiples protéines possédant une activité de ligation de l'ubiquitine de type E3 (ubiquitin-ligase E3). Ce complexe APC est necessaire pour la dégradation des inhibiteurs d'entrée en anaphase, cyclins mitotiques, et plusieurs kinases mitotiques pour la complétion de la sortie de la mitose. Nous avons analysé et déterminé que l'absence d'activité du complexe APC inhibe l'activation du point de contrôle G-2/M lors de dommages de l'ADN.

Les eucaryotes se divisent selon une série d'étapes régulées finement appelée le cycle cellulaire. Ce cycle cellulaire permet la réplication exacte du génome et sa distribution entre deux cellules filles identiques. Le cycle cellulaire est contrôlé par de nombreux mécanismes qui garantissent l'intégrité du génome. La mitose est la période du cycle cellulaire pendant laquelle le contenu en ADN des cellules est réparti entre les deux cellules filles. Le bon déroulement de la mitose chez les eucaryotes supérieurs est soumis à un point de contrôle dit point de contrôle du fuseau mitotique. L'activité du point de contrôle permet de retarder l'anaphase jusqu'à ce que toutes les conditions requises pour la ségrégation des chromosomes soient présentes. Malgré cela, les cellules peuvent présenter des anomalies de la ségrégation des chromosomes et devenir aneuploïdes. Ceci est fréquemment le cas dans les cellules cancéreuses.<br />Dans cette étude, nous avons mis en évidence l'existence d'une réponse cellulaire survenant dans la phase G1 qui suit une mitose anormale. Nous avons étudié des cellules primaires de mammifères traitées avec de faibles concentrations d'inhibiteurs des microtubules, la vinblastine et le nocodazole. Les cellules ainsi traitées présentent des défauts de ségrégation pendant la mitose et deviennent aneuploïdes. Les cellules résultant de ces mitoses anormales s'arrêtent dans la phase G1 qui suit la division et deviennent sénescentes. Nous avons trouvé que les cellules de mammifères transformées par l'antigène grand T de SV40 n'observent pas d'arrêt après une mitose anormale.

Les facteurs d’ADP-ribosylation (ARFs) sont des petites GTPases impliquées dans le transport vésiculaire, la synthèse des lipides membranaires et la réorganisation du cytosquelette d’actine. Les isoformes 1 (ARF1) et 6 (ARF6) sont les plus étudiées. ARF1 est connue pour être distribuée à l’appareil de Golgi, alors qu’ARF6 est confinée principalement à la membrane plasmique. Récemment, il a été démontré qu’ARF6 est hautement exprimée et activée dans plusieurs cellules de cancer du sein invasif et que celle-ci contrôle les processus de migration et d’invasion. Cependant, le rôle d’ARF1 dans ces processus biologiques impliqués dans la formation de métastases du cancer du sein demeure méconnu. Dans la présente étude, nous avons utilisé comme modèle d’étude pour ARF1 les MDA-MB-231, une lignée de cellules invasives du cancer du sein exprimant de haut niveau de récepteurs au facteur de croissance épidermique (EGFR). Afin d’évaluer le rôle d’ARF1 dans la migration, dans la transition épithéliale mésenchymateuse (EMT) et dans la prolifération cellulaire, nous avons procédé à deux types d’approches expérimentales, soit l’inhibition de l’expression endogène d’ARF1 par l’interférence à l’ARN de même que la surexpression de formes mutantes dominante négative (ARF1T31N) et constitutivement active d’ARF1 (ARF1Q71L), qui miment les formes inactive et active de la GTPase, respectivement. De manière intéressante, la suppression d’ARF1 et la surexpression de la forme inactive d’ARF1 induisent l’arrêt de la migration et de la prolifération des MDA-MB-231 de manière dépendante à l’activation de l’EGFR et ce, en bloquant l’activation de la voie PI3Kinase. De plus, nous démontrons qu’ARF1, de même que les ARF GEFs Cytohésine-1 et Cytohésine-2, contribuent au phénotype invasif des cellules tumorales de cancer du sein. Dans les mêmes approches expérimentales, nous montrons que l’inactivation d’ARF1 dans les MDA-MB-231 déclenche un arrêt de croissance irréversible associé à l’induction de la sénescence et ce, en régulant la fonction de la protéine du rétinoblastome pRb. Enfin, cette étude a permis de mettre en évidence le rôle physiologique d’ARF1 dans les processus de migration et de prolifération cellulaire, deux événements biologiques responsables de la progression du cancer du sein. / The ADP-ribosylation factors (ARFs) are small GTPases involved in vesicular transport, lipids synthesis and cytoskeleton remodelling. The isoforms 1 (ARF1) and 6 (ARF6) are the most studied. ARF1 is classically distributed at the Golgi apparatus whereas ARF6 is found at the plasma membrane and onto recycling endosomes. It was recently demonstrated that ARF6 is highly expressed and activated in several breast cancer cell lines and is associated with enhanced migration and invasiveness. However, the role of ARF1, in these biologicals processes necessary for metastasis formation, remains unclear. In this study, we used MDA-MB-231 cells, an invasive breast cancer cell line, that expressed high levels of EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) to investigate the role of ARF1 in migration and proliferation. To further establish the role of ARF1 in cell migration, EMT and proliferation, we used two experimental approaches. First, we decreased endogenous ARF1 expression by RNA interference and second we overexpressed the dominant negative (ARF1T31N) and constitutively active (ARF1Q71L) ARF1 mutants, which mimick the inactive and active forms of ARF1, respectively. We demonstrated that depletion of ARF1 as well as overexpression of the inactive form of ARF1 blocked EGFR-mediated cell migration and proliferation by inhibiting the activation of PI3Kinase. Moreover, we showed, using invasive and non invasive breast cancer cell lines, that ARF1 and both Cytohesin-1 and Cytohesin-2 are required for invasivness. Using similar approaches, we reported that inactivation of ARF1 in MDA-MB-231 cells promotes cell growth arrest associated to senescence program by regulating the function of the Retinoblastoma protein pRb. Altogether, these findings demonstrate a physiological role for ARF1 in cell migration and proliferation. These two biologicals events are necessary for breast cancer progression.

Progesterone receptor (PR) is an essential pharmacological target for contraception, female reproductive disorders as well as for hormone-dependent breast and uterine cancers. Human PR is expressed as two major isoforms PRA and PRB which behave as distinct transcriptional factors. PRA vs PRB expression is often altered under pathological conditions notably breast cancer through unknown mechanisms. In this thesis we demonstrate that down-regulations of PRB and PRA proteins are negatively controlled by key phosphorylation events involving distinct MAP kinase signaling. PRA is selectively stabilized by p38 MAPK whereas p42/44 MAPK specifically controls PRB stability leading to unbalanced PRA/PRB ratios in a ligand sensitive manner. In cancer cells, elevated extracellular stimuli such as epidermal growth factors or pro-inflammatory cytokines that preferentially activate p42/44 or p38 MAPK respectively may result in opposite variations in PRA/PRB expression ratio. These results may explain altered PRA/PRB ratios often associated with breast tumors. To get a mechanistic understanding of how varied PRA/PRB ratio contributes in cell signaling, we generated an original bi-inducible PR-isoform cell model allowing selective, reversible and dose-dependent expression of PRA and/or PRB, enabling fine-tune adjustment of PRA/PRB ratio in the same cells. Using this cell-based system, we undertook genome-wide transcriptomic studies to investigate transcriptional regulation driven by unliganded and liganded PR isoforms. We report that several aspects of PR signaling such as target gene selection/transcriptional regulation, cross-talk with growth factors and antiproliferative efficacy of antiprogestin are highly dependent upon variation in PRA/PRB ratio. A new potential therapeutic strategy in PR-dependent pathological conditions may rely on the use of PR antagonists. Most of the currently available antiprogestins such as mifepristone present partial agonist activity and are not selective to PR leading to undesirable side effects. Therefore, in a collaborative project we have synthesized and characterized several new PR antagonist compounds named as APRn. Structure-activity relationship studies allowed identification of the key substitutions in steroidal skeleton responsible for agonist/antagonist character of these molecules. Several selected APRn lack partial agonist effect, are PR specific and inhibit PR transcriptional properties through a new passive mechanism of action i.e. impaired recruitment of transcriptional coregulators. Such PR selective antagonists devoid of partial agonist character might provide important therapeutic perspectives for various reproductive tract abnormalities and hormone-dependent uterine and breast cancers. Altogehter, our results provide mechanistic insights into the functional selectivity of PR isoforms and their pharmacological targeting by the use of PR antagonists.

Ischemic stroke occurs as a result of a lack or severe reduction of blood supply to the brain. Presently therapeutic interventions are limited and there is a need to develop new and efficacious stroke treatments. To this end, a great deal of research effort has been devoted to studying the potential molecular mechanisms involved in ischemic neuronal death. Correlative evidence demonstrated a paradoxical activation of the cell cycle machinery in ischemic neurons. The levels and activity of key cell cycle regulators including cyclin D1, Cdk2 and Cdk4 are upregulated following ischemic insults. However, the functional relevance of these various signals following ischemic injury was unclear. Accordingly, the research described in this thesis address the functional relevance of the activation of the cell cycle machinery in ischemic neuronal death. The data indicate that the inhibition of Cdk4 protects neurons from ischemia-induced delayed death, whereas abrogation of Cdk5 activity prevents excitotoxicity-induced damage in vitro and in vivo. Examination of upstream activators of mitotic-Cdks showed that Cdc25A is a critical mediator of delayed ischemic neuronal death. Investigation of the potential molecular mechanism by which cell cycle regulators induced neuronal death revealed perturbations in the levels and activity of key downstream targets of Cdk4. The retinoblastoma protein family members, pRb and p130 are increasingly phosphorylated following ischemic stresses. Importantly, p130 and E2F4 proteins are drastically reduced following ischemic insults. Additionally, E2F1 association with promoters of pro-apoptotic genes are induced while that of E2F4 is reduced. These changes appear to be important determinants in ischemic neuronal death. Cumulatively, the data supports the activation of the cell cycle machinery as a pathogenic signal contributing to ischemic neuronal death. The development of neuroprotectant strategies for stroke has been hampered in part by its complex pathophysiology. Previous research indicated that flavopiridol, a general CDK-inhibitor, is unable to provide sustained neuroprotection beyond one week following cerebral ischemia. The potential benefit of combining flavopiridol with another neuroprotectant, minocycline, was explored. The data indicate that while this approach provided histological protection 10 weeks after insult, the protected neurons are not functional due to progressive dendritic degeneration. This evidence indicates that targeting cell cycle pathways in stroke while important must be combined with other therapeutic modalities to fully treat stroke-induced damage.

La dépollution des eaux souterraines est actuellement une des principaux défis environnementaux, considérant le nombre de sites contaminés et le risque posé à la santé humaine et à l'environnement par l'exposition à la contamination des eaux souterraines. La barrière réactive perméable (PRB) est une technologie in situ passive pour la remédiation des eaux souterraines contaminées. Il se compose d'une barrière placée perpendiculairement à l'écoulement des contaminants et constituée d'un matériau réactif qui traite la panache de contaminants le traversant sous le gradient hydraulique naturel. C’est la technologie de remédiation des eaux souterraines la plus rentable ; elle permet l'utilisation des terres de surface et réduit l'exposition des travailleurs aux polluants. Le matériau réactif le plus utilisé est le fer à valence zéro (ZVI), qui peut dépolluer l'eau souterraine contaminée par une large gamme de contaminants au moyen de mécanismes chimiques et physiques différents. Le problème principal de l'utilisation de ZVI granulaire est la réduction de la porosité du milieu poreux, en raison de la nature expansive de produits de corrosion, des précipités et la formation de gaz. Pour surmonter ce problème, des mélanges de matériaux granulaires et ZVI ont été testés afin de déterminer leur efficacité de dépollution et le comportement hydraulique à long terme. L'utilisation de Lapillus volcaniques à mélanger avec ZVI pour dépolluer les eaux souterraines contaminées par métaux lourds est proposée dans ce travail. Des essais sur Lapillus ont montré une efficacité d'élimination de métaux lourds non négligeable, tandis que les tests en colonne effectuée en utilisant des mélanges n’ont pas montré une réduction élevée de la conductivité hydraulique au cours du temps.La modélisation des essais batch et colonne en tant qu’outil pour la compréhension des mécanismes impliqués dans les milieux poreux réactifs a été mis en place. L’étude de la sensibilité des paramètres des modèles sur leurs réponses a également été explorée. / Groundwater remediation is currently one of the major environmental challenges, considering the number of contaminated sites and the risk posed to human health and to the environment by exposure to groundwater contamination. Permeable reactive barrier (PRB) is a passive in situ technology for the remediation of contaminated groundwater. It consists of a barrier placed perpendicularly to the contaminant flow and made of reactive material that treats contaminant plume flowing through it under the natural hydraulic gradient. It is the most cost-effective groundwater remediation technology; it allows the use of surface land and reduces the exposure of workers to contaminants. The most used reactive material is Zero Valent Iron (ZVI), which is able to remediate groundwater contaminated by a large range of contaminants by means of different chemical and physical mechanisms. The main issue of granular ZVI use regards the reduction of the porous medium porosity, because of the expansive nature of corrosion products, precipitates and gas formation. To overcome this problem, mixtures of ZVI and granular materials were tested to investigate their long-term removal efficiency and hydraulic behavior. The use of volcanic Lapillus to be mixed with ZVI to remediate heavy-metals contaminated groundwater is proposed in this work. Tests on Lapillus showed a not negligible heavy metal removal efficiency of the volcanic material, while the hydraulic monitoring of column tests performed using mixtures showed a not high reduction of hydraulic conductivity over time.Modelling batch and column tests as a tool for understanding the mechanisms involved in the reactive porous media has been set up. The analysis of the sensitivity of the models response with respect to the input parameters has also been explored.

La progression dans le cycle cellulaire est gouvernée par l’activation séquentielle d’une série de complexes cycline/CDK. La CDK4 initie le passage du point de restriction (point R, à partir duquel l’achèvement du cycle cellulaire devient indépendant des facteurs extracellulaires) en phosphorylant les protéines « antioncogéniques » de la famille pRb. Dans les thyrocytes de chien en culture primaire, l’AMPc (TSH ou forskoline) induit la prolifération et la différenciation alors que la voie mitogénique des facteurs de croissance (l’EGF, par exemple) est associée à une dédifférenciation. Dans ce modèle physiologiquement relevant, la stimulation mitogénique par l’AMPc diffère des cascades des facteurs de croissance puisqu'elle n’induit pas les cyclines D mais au contraire augmente l’accumulation de l’inhibiteur de CDK p27 kip1. Le contrôle positif du cycle cellulaire par l’AMPc requiert néanmoins l’activité de la CDK4. L’AMPc stimule l’assemblage des complexes cycline D3-CDK4 ainsi que leur translocation nucléaire associée à leur liaison à p27. Notre but était d’élucider les différents mécanismes menant au passage du point de restriction dans les cellules épithéliales thyroïdiennes stimulées par l’AMPc ou les facteurs de croissance. <p>Dans ce travail, nous montrons que l’arrêt de la stimulation des thyrocytes de chien par l’AMPc entraîne une diminution rapide de la phosphorylation de pRb et de l’activité de la CDK4 sans affecter la formation des complexes cycline D3-CDK4-p27. Par une approche utilisant le haut pouvoir de résolution de l’électrophorèse bidimensionnelle, nous avons identifié la phosphorylation activatrice de la CDK4 comme cible du contrôle par l’AMPc du passage du point de restriction. Ceci constitue un premier exemple d’une régulation de la phosphorylation et de l’activité de la CDK4 indépendante de son association avec une cycline ou un inhibiteur de CDK. Ces résultats contrastent avec l’absence de modulation d’expression, de localisation subcellulaire et d’assemblage des complexes cycline H-CDK7-Mat1, la CAK considérée comme responsable de la phosphorylation activatrice de la CDK4. Ceci suggère que les CAKs régulées activant la CDK4 n’ont pas encore été identifiées.<p>D’autre part, alors que la TSH induit une accumulation de p27, nous montrons à présent que l’expression de la p21 apparentée est augmentée par l’EGF + sérum et réprimée par la TSH. En réponse à l’EGF + sérum ou à la TSH, respectivement, la p21 ou la p27 supportent la localisation nucléaire, la phosphorylation et l’activité de la CDK4. Les « inhibiteurs » de CDK p21 et p27 pourraient donc être utilisés différentiellement comme régulateurs positifs de la CDK4 lors des stimulations des cellules épithéliales thyroïdiennes de chien par la TSH (p27) ou par l’EGF + sérum (p21). <p>Nous avons également montré que les complexes cycline D1-CDK4 et cycline D3-CDK4 phosphorylent pRb sur des sites partiellement différents. Cette nouvelle observation a été reproduite pour des complexes cycline D-CDK4 surexprimés en cellules CHO ainsi que pour des complexes exprimés de manière endogène dans différents types cellulaires. Cette différence de spécificité de substrat entre la cycline D1 et la cycline D3 conduit à différents profils de phosphorylation de pRb dans les thyrocytes de chien stimulés par la TSH ou les facteurs de croissance, ce qui est dû à l’utilisation préférentielle de la cycline D3 dans les thyrocytes stimulés par la TSH alors que les facteurs de croissance induisent surtout la cycline D1. Comme différentes fonctions de pRb sont régulées par phosphorylation sur différents résidus, ce résultat indique que les complexes cycline D1-CDK et cycline D3-CDK pourraient affecter de manière partiellement différente la fonction de cette protéine. <p>Enfin, nous avons comparé les stimulations mitogéniques par la TSH ou l’EGF + sérum dans les thyrocytes humains normaux en culture primaire. En accord avec leurs modulations différentes, la cycline D3 et la cycline D1 sont utilisées différentiellement dans les voies mitogéniques stimulées par la TSH ou l’EGF + sérum respectivement. De plus, ce système nous a permis de confirmer la régulation de l’activité de la CDK4 au niveau de sa phosphorylation activatrice comme mécanisme déterminant de la réponse mitogénique.<p><p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ischemic stroke occurs as a result of a lack or severe reduction of blood supply to the brain. Presently therapeutic interventions are limited and there is a need to develop new and efficacious stroke treatments. To this end, a great deal of research effort has been devoted to studying the potential molecular mechanisms involved in ischemic neuronal death. Correlative evidence demonstrated a paradoxical activation of the cell cycle machinery in ischemic neurons. The levels and activity of key cell cycle regulators including cyclin D1, Cdk2 and Cdk4 are upregulated following ischemic insults. However, the functional relevance of these various signals following ischemic injury was unclear. Accordingly, the research described in this thesis address the functional relevance of the activation of the cell cycle machinery in ischemic neuronal death. The data indicate that the inhibition of Cdk4 protects neurons from ischemia-induced delayed death, whereas abrogation of Cdk5 activity prevents excitotoxicity-induced damage in vitro and in vivo. Examination of upstream activators of mitotic-Cdks showed that Cdc25A is a critical mediator of delayed ischemic neuronal death. Investigation of the potential molecular mechanism by which cell cycle regulators induced neuronal death revealed perturbations in the levels and activity of key downstream targets of Cdk4. The retinoblastoma protein family members, pRb and p130 are increasingly phosphorylated following ischemic stresses. Importantly, p130 and E2F4 proteins are drastically reduced following ischemic insults. Additionally, E2F1 association with promoters of pro-apoptotic genes are induced while that of E2F4 is reduced. These changes appear to be important determinants in ischemic neuronal death. Cumulatively, the data supports the activation of the cell cycle machinery as a pathogenic signal contributing to ischemic neuronal death. The development of neuroprotectant strategies for stroke has been hampered in part by its complex pathophysiology. Previous research indicated that flavopiridol, a general CDK-inhibitor, is unable to provide sustained neuroprotection beyond one week following cerebral ischemia. The potential benefit of combining flavopiridol with another neuroprotectant, minocycline, was explored. The data indicate that while this approach provided histological protection 10 weeks after insult, the protected neurons are not functional due to progressive dendritic degeneration. This evidence indicates that targeting cell cycle pathways in stroke while important must be combined with other therapeutic modalities to fully treat stroke-induced damage.

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