Les Sémaphorines constituent une grande famille de protéines sécrétées et membranaires, qui ont été initialement impliquées dans le guidage axonal au cours du développement du système nerveux, mais qui jouent aussi un rôle important dans la cancérogenèse. Ainsi, les Sémaphorines agissent via leurs récepteurs, qui font partie de la famille des Neuropilines et des Plexines, pour réguler des fonctions multiples qui contribuent au développement des cancers et à la progression métastatique, telles que l'adhésion cellulaire, la motilité, la survie, l'angiogenèse et la réponse immunitaire. Mon travail de thèse a visé à mieux comprendre le rôle de la signalisation induite par la Sémaphorine-3E (Sema3E) et son récepteur Plexine-D1 dans le cancer du sein. Il a été proposé récemment, que la signalisation autocrine induite par le couple Sema3E/Pleixne-D1 dans les cellules tumorales, favorise l’apparition de métastases via l’augmentation de leurs capacités de migration et d’intravasation/extravasation.Dans ce travail de recherche, nous avons trouvé qu’une nouvelle signalisation autocrine induite par Sema3E/Plexine-D1 régit à la fois la tumorigenèse et la formation de métastases. Ainsi, la sécrétion de Sema3E par les cellules tumorales favorise leur survie grâce à l’inhibition d’une voie de mort induite par le récepteur à dépendance Plexine-D1. Bloquer l’interaction entre Sema3E et son récepteur Plexine-D1, via l’utilisation d’un ligand TRAP dans des modèles murins de cancer du sein, permet de tuer spécifiquement les cellules tumorales et exerce une action anti-tumorale et anti-métastatique. Des données préliminaires sur la voie de mort induite par le récepteur Plexine-D1, suggèrent un rôle important du clivage de son domaine intracellulaire par les Caspases et/ou une translocation nucléaire. Ensemble, ces résultats indiquent que l’expression de Sema3E dans les cancers du sein chez la femme, permet un avantage sélectif pour la survie des cellules tumorales. Bloquer l’interaction entre Sema3E/Plexine-D1 apparaît donc comme une stratégie thérapeutique prometteuse pour traiter ces cancers. De plus, ces données permettent une nouvelle approche dans l’étude des fonctions du couple Sema3E/Plexine-D1 dans d’autres contextes physiologiques et pathologiques. / The Semaphorins constitute a large family of secreted and membrane-bound proteins, which have initially been implicated in axon guidance during development of the nervous system, but also have an important role in cancer. Semaphorins signal through Neuropilin and Plexin receptors to regulate multiple functions contributing to cancer development and progression, including cell adhesion and motility, cell survival, angiogenesis and immune response. My work is aimed at better understanding the role of the secreted glycoprotein Semaphorin 3E (Sema3E) and its binding receptor PlexinD1 in breast cancer. It has been recently proposed that Sema3E/PlexinD1 autocrine signaling in tumor cells promotes metastasis by enhancing cancer cell migration and intravasation/extravasion steps. Here we found another mechanism by which Sema3E/PlexinD1 autocrine signaling regulates both tumorigenesis and metastasis. We show that release of Sema3E by tumor cells promoted their survival through inhibition of an endogenous cell death pathway triggered by the unbound PlexinD1 “dependence receptor”. Interrupting Sema3E/PlexinD1 binding using a ligand-TRAP for PlexinD1 receptor specifically increased tumor cell death and exerted anti-tumoral and anti-metastatic activities in animal models of breast cancers. Preliminary investigations of the underlying cell death pathway suggested a crucial role of PlexinD1 intracellular domain via its cleavage by caspases or its possible translocation to the nucleus. Together, the results indicate that up-regulation of Sema3E in human breast cancers provides a selective advantage for tumor cell survival and that antagonizing Sema3E binding to PlexinD1 may represent a promising therapeutic strategy. Moreover, these data may provide new insight into the functions of Sema3E/PlexinD1 in other physiological and pathological contexts.

La cornée est le tissu le plus densément innervé du corps humain. Cette innervation joue un rôle dans la régulation de la sécrétion du film lacrymal et exerce un rôle trophique direct sur l'épithélium cornéen. Les axones cornéens expriment différents types de récepteurs et répondent à des fonctions de mécano-nocicepteurs, de récepteurs au froid ou de récepteurs polymodaux. Nous avons pu identifier de nouvelles lignées de souris transgéniques et les utiliser pour caractériser ces différentes populations axonales. L'innervation cornéenne débute à E12.5 chez la souris et est régulée par les molécules de Slits et de Sémaphorines et leurs récepteurs Robo et Plexines/Neuropilines respectivement. Nous avons pu étudier le rôle de ces deux familles dans le développement de l'innervation cornéenne. Les mutants Slits et Robos présentent une réduction du nombre et de la taille des terminaisons axonales épithéliales cornéennes. A l'âge adulte, les mutants Robos présentent une dégénérescence précoce des terminaisons épithéliales. Les mutants plexine-A4 et Neuropiline-1 présentent à l'inverse une augmentation du nombre de divisions des troncs stromaux cornéens. A l'âge adulte les mutants Plexine-A4 retrouvent une organisation classique de l'innervation alors que les mutants Neuropiline-1 conservent la désorganisation de l'innervation cornéenne. Nous avons également étudié la régénération de l'innervation après lésions de grattage de l'épithélium cornéen. Nos résultats préliminaires semblent en faveur d'une augmentation de la régénération de l'innervation cornéenne chez les mutants Neuropiline-1. / The cornea is the most densely innervated tissue in the entire body. Corneal innervation plays a role in regulating the secretion of lacrimal film and exerts a direct trophic role on the corneal epithelium. Corneal axons express different types of sensory receptors ranging between mechano-, thermo-, and polymodal nociceptors. We identified transgenic mouse lines to characterize these different axonal populations. Corneal innervation begins at E12.5 in mice and is regulated by a range of axon guidance cues such as Slits and Semaphorins, which respond to their receptors Robo and Plexin/Neuropillin respectively. We studied the role of these two families in the development of corneal innervation. The Slits and Robos mutants show a reduction in the number and size of the corneal epithelial nerves endings. In adult, Robos mutants exhibit early degeneration of the epithelial nerves endings. Plexin-A4 and Neuropilin-1 mutants, on the other hand, show an increase in the number of divisions of the corneal stromal nerve trunks. In adult, Plexin-A4 mutants regain a classical organization of innervation whereas Neuropilin-1 mutants retain the disorganization of corneal innervation. Following a lesion, corneal innervation is able to regenerate, however the axons never regain their initial morphology or complexity. Due to the increased corneal innervation observed in the Neuropilin-1 mutants, we wondered whether the regeneration of innervation after scrapping lesions of the corneal epithelium could be enhanced in Neuropilin-1 loss of function. Our preliminary results support an increase in corneal innervation regeneration in Neuropilin-1 mutants.

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Durant le développement, l’innervation d’une zone précise du cerveau par certaines branches axonales est un mécanisme encore mal compris. Afin d’aborder cette question, je me suis intéressée aux axones rétiniens qui innervent deux cibles principales du système visuel : le corps genouillé latéral dorsal (CGLd) et le colliculus supérieur. J’ai étudié le rôle de la protéine de guidage Sémaphorine 6D et de son récepteur Plexine-A1 dans l’innervation spécifique du CGLd par les axones rétiniens. J’ai ainsi découvert que chez les souris Sema6D-/- et Plexine-A1-/-, le tractus optique (formé par les axones rétiniens) entre dans le CGLd au lieu de le contourner et certains axones rétiniens innervent des régions ectopiques de l’autre côté du tractus optique. De plus, l’analyse des souris simple ou double hétérozygotes indique que ces deux protéines interagissent avec un mécanisme dose-dépendant. Grâce à des expériences de perte et de gain de fonction par électroporation rétinienne in utero, j’ai pu montrer la nécessité de Sema6D et de Plexine-A1 dans la rétine pour l’innervation des axones rétiniens et ce via des effets non cellulaire autonomes. Ces résultats révèlent un mécanisme dose-dépendant dans lequel Sema6D et PlexineA1 interagissent et assurent une communication axone-axone permettant l’innervation précise du CGLd par une sous-population d’axones rétiniens. / During development, axons branch at precise points to innervate a specific brain target, yet the mechanisms at hand are still unclear. To address this question, I used retinal axons forming the optic tract that innervate two principal targets of the visual system: the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) and the superior colliculus. I investigated the role of the guidance receptor Plexin-A1and its ligand Semaphorin-6D (Sema6D) in this targeting process. Here I highlight a new type of phenotype in Plexin-A1-/- or Sema6D-/- mice. In these mice, the optic tract enters in the dLGN instead of circumscribing it and some retinal axons innervate ectopic regions at the other side of the optic tract. Furthermore, the analysis of simple or double heterozygotes mice reveals that Plexin-A1 and Sema6D interact together with a dose-dependent effect. Using loss and gain of function experiments (via retinal in utero electroporation), I showed that both are necessary in the retina for proper retinal innervation through non-cell autonomous effects. All these results reveal for the first time a dose-dependent mechanism, in which Sema6D and Plexin-A1 interact together. They monitor axon-axon communication to allow the correct innervation of the dLGN by a subpopulation of retinal axons.

Ce travail poursuit l’exploration du potentiel thérapeutique de peptides antagonistes des domaines transmembranaires (TM) de récepteurs impliqués dans la croissance tumorale. J’ai montré l’effet anti-angiogénique de MTP-NRP1, un peptide ciblant le récepteur Neuropline-1 et confirmé sa capacité d’inhibition de prolifération, migration et de croissance d’une lignée de glioblastome (GBM) humain. J’ai ensuite démontré que le récepteur Plexine-A1 est corrélé à l’agressivité des gliomes et semble être un marqueur pronostique négatif de la survie des patients atteints de GBM. J’ai démontré le rôle du segment TM de PlexA1 dans ses interactions. Le peptide MTP-PlexA1, inhibe la signalisation et la formation du complexe NRP1-PlexA1, réduit la prolifération et la migration des cellules de GBM, impacte la croissance tumorale in vivo y compris de cellules souches tumorales. J’ai décrit le rôle pro-angiogénique de PlexA1 par des tests d’angiogenèse et de CAM où MTP-PlexA1 bloque cette fonction. / This thesis work continues the exploration of the therapeutic potential using peptides targeting transmembrane (TM) domains of receptors involved in tumor growth. I showed the anti-angiogenic effect of MTP-NRP1, a peptide targeting Neuropilin-1 and confirmed its capability to impact proliferation, migration and in vivo growth of a human glioblastoma (GBM) cell line. Then, I demonstrated that the expression of Plexin-A1 is correlated with glioma aggressiveness and seems to be a bad prognosis marker for GBM patients. We described the importance of PlexA1 TM domain in the control of their interactions. The peptide MTP-PlexA1 inhibits complex formation and signaling of NRP1-PlexA1, impacts tumor growth in vivo and cancer stem cells engrafting and development. I demonstrated the pro-angiogenic role of PlexA1 with in vitro angiogenesis assays and CAM assay in which MTP-PlexA1 is able to block this function.