Des études cliniques indiquent que l’hétérogénéité des récepteurs tyrosine kinase (RTK) dérégulés dans le cancer colorectal (CCR) contribue à la résistance aux thérapies ciblant qu’un seul RTK. Une alternative serait de cibler les protéines effectrices engagées par plusieurs RTK régissant les processus clés à la progression du CCR, mais la signalisation des RTK dans le CCR reste peu définie. Des travaux réalisés au laboratoire ont démontré par une approche dominante négative que le pouvoir oncogénique du RTK Met chez les cellules épithéliales intestinales transformées par une forme active de Met (Tpr-Met-IEC-6) serait dépendant des protéines Gab (Grb2-associated binder). Cette approche reposait sur l’inhibition de l’interaction entres les protéines Gab et Met par l’expression du domaine de Gab1 renfermant un motif d’interaction indirect aux RTK, via la protéine Grb2, et le site de liaison direct, unique à Gab1, avec Met. Ainsi, cette approche ne permet pas de discerner les effets de Gab1 de ceux de Gab2 en aval de Met. L’objectif de cette présente étude était de définir les rôles qui sont propres à Gab1 et à Gab2, en aval de Met, dans les cellules Tpr-Met-IEC-6. Pour ce faire, nous avons évalué l’impact d’une modulation de l’expression de Gab1 et de Gab2, par une approche d’interférence à l’ARN et de surexpression, sur les caractéristiques oncogéniques de ces cellules. De façon surprenante, nous démontrons que Gab1 affecte positivement l’expression Tpr-Met, la transformation morphologique ainsi que la croissance cellulaire. De plus, nous démontrons que la diminution ou la surexpression de Gab2 dans les cellules Tpr-Met-IEC-6 n’a aucun effet sur la morphologie, la croissance cellulaire, la capacité des cellules à croître au-delà de la confluence et sans ancrage à la matrice extracellulaire et enfin sur la migration. En conclusion, mes travaux de recherche suggèrent que la protéine Gab1, et non Gab2, joue un rôle essentiel dans le pouvoir oncogénique de Met dans les cellules épithéliales intestinales. Ainsi, Gab1 et ses voies de signalisation pourraient représenter des cibles prometteuses pour l’élaboration de nouvelles thérapies contre le CCR.

Plusieurs évidences cliniques et expérimentales soutiennent un rôle important de la dérégulation du récepteur à activité tyrosine kinase (RTK) Met dans l’étiologie et la progression du cancer colorectal (CCR). En effet, Met contrôle plusieurs fonctions biologiques nécessitant une étroite régulation telles que la prolifération, la survie cellulaire, la migration et l’invasion. Lorsqu’une forme constitutivement active de Met, Tpr-Met, est exprimée dans des cellules épithéliales intestinales (CEI), celles-ci se transforment et acquièrent des pouvoirs oncogéniques. Par des analyses de protéomique quantitative, notre équipe a démontré que la transformation induite par Tpr-Met dans les CEI était accompagnée d’une modulation des niveaux de protéines impliquées dans la régulation du cytosquelette, incluant une diminution de 31,2 fois de transgéline (TAGLN). Étant une protéine régulant plusieurs processus cellulaires de par sa capacité à réorganiser le cytosquelette d’actine, nous avons émis l’hypothèse que la perte de TAGLN dans le CCR serait due à la suractivation du récepteur Met et que celle-ci contribuerait aux fonctions oncogéniques de Met. Nos travaux de recherche indiquent, pour la première fois, que Met régule négativement la protéine TAGLN de façon dépendante et indépendante de MEK, notamment par le recrutement des protéines Shc et Grb2 aux résidus tyrosine du récepteur. De plus, par la réexpression de TAGLN dans les CEI transformées par Tpr-Met, nous démontrons que la perte de TAGLN contribue aux fonctions oncogéniques de Met, telles que la croissance au-delà de la confluence et en indépendance d’ancrage, la migration, ainsi que la croissance de tumeurs in vivo chez la souris. De plus, cette étude valide cliniquement la corrélation inverse entre l’expression de Met et de TAGLN dans le CCR. Étonnamment, à des faibles niveaux d’expression de MET, l’expression de TAGLN est corrélée de façon négative avec la survie des patients. Au contraire, à des hauts niveaux de MET, l’expression de TAGLN ne permet pas une stratification des patients selon leur pronostic de survie. En conclusion, nous démontrons que le RTK Met régule négativement TAGLN. Cependant, chez les patients où cette régulation n’a pas lieu, l’expression de MET protègerait ceux-ci d’un mauvais pronostic. Cette étude suggère que les niveaux de TAGLN et de MET pourraient représenter des biomarqueurs permettant d’identifier en clinique les patients atteints de CCR susceptibles de bénéficier de thérapies ciblant le récepteur Met.

Plusieurs évidences indiquent que de la dérégulation des récepteurs tyrosine kinase (RTK) joue un rôle clé dans l'étiologie et la progression du cancer colorectal (CCR). Notamment, des bénéfices ont été observés en clinique avec des agents ciblant le récepteur de EGF dans le traitement des CCR métastatiques avancés. Considérant l'hétérogénéité des RTK dérégulés dans le CCR, une approche thérapeutique alternative serait de plutôt cibler les protéines effectrices engagées par plusieurs RTK, notamment celles qui régulent des processus essentiels à la progression du CCR. Toutefois, le rôle des protéines de signalisation engagées par les RTK dans le CCR reste encore très peu défini. De récents travaux menés dans notre laboratoire ont démontré que l'activation oncogénique du RTK Met, le récepteur du facteur de croissance d'hépatocyte (HGF), confère aux cellules épithéliales intestinales non cancéreuses IEC-6, des propriétés angiogéniques, tumorigéniques et métastatiques in vitro et in vivo . L'activité biologique des RTK, telle que celle du récepteur Met, s'avère étroitement liée à leur capacité d'initier une variété de voies de signalisation intracellulaire par le biais du recrutement de protéines adaptatrices, dont les protéines Gab1 et Gab2 (Grb2-associated binder). Ainsi, le but de mon projet fut de valider l'hypothèse que le pouvoir oncogénique du récepteur Met dans les cellules épithéliales intestinales serait en partie dépendant de l'engagement des voies de signalisation des protéines Gab. Pour ce faire, nous avons utilisé une approche dominante négative, soit par l'expression du domaine MBD (Met-Binding Domain) de Gab1 dans les cellules IEC-6 transformées par la forme oncogénique du récepteur Met, Tpr-Met (Tpr-Met-IEC-6). Cette stratégie repose sur le fait que la région MBD de Gab1 renferme les deux motifs de liaison, un motif riche en proline qui lie les protéines Gab aux RTK par un mécanisme indirect dépendant, de Grb2, ainsi que le motif MBM (Met-Binding Motif) qui est unique à Gab1, et qui permet une interaction directe entre Gab1 et le récepteur Met. Mes résultats montrent que l'expression du domaine MBD de Gab1 dans les cellules TprMet-IEC-6 diminue la phosphorylation de la protéine Gab1 sur tyrosine, restaure la formation de contacts cellule-cellule et une morphologie épithéliale typique ainsi qu'augmente le niveau protéique du marqueur épithéliale E-cadhérine et sa relocalisation membranaire aux zones de contact cellule-cellule. De plus, les cellules Tpr-Met-IEC-6 qui expriment le MBD de Gab1 affichent en culture une capacité réduite à proliférer au-delà de la confluence et en absence d'ancrage à la matrice extracellulaire, et de migration, ainsi qu'une diminution de leur aptitude à former des tumeurs sous-cutanées in vivo dans les souris nues. L'ensemble de mes résultats démontre pour la première fois que le pouvoir oncogénique du récepteur Met dans les cellules épithéliales intestinales dépend en partie de l'engagement des voies de signalisation de Gab1. En considérant que tous les RTK dérégulés dans le CCR peuvent se lier aux protéines Gab, ou engager leurs voies de signalisation, nos résultats identifient ces dernières comme des cibles prometteuses pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques contre le CCR.

La dimérisation induite par la fixation de ligand est nécessaire à l'activation des récepteurs tyrosine kinase. Le domaine transmembranaire unique de ces protéines joue un rôle crucial dans ces mécanismes. Le récepteur Neu chez le rat et son homologue ErbB2 chez l'humain sont à l'origine de nombreux cancers provoqués par la mutation ponctuelle Val/Glu dans le segment transmembranaire ou la surexpression du récepteur. La structure du domaine transmembranaire dans le récepteur dimère semble déterminante dans les processus d'activation. Les simulations de dynamique moléculaire montrent que, dans une membrane modèle constituée de DMPC ou de POPC hydratés, les hélices transmembranaires de Neu sauvage et oncogénique s'associent préférentiellement en enroulement gauche formant une interface symétrique. Dans le cas de Neu oncogénique le résidu polaire Glu, enfoui dans la membrane, stabilise les interactions entre hélices en formant de fortes liaisons hydrogène

Résumé : La répression fréquente du gène encodant pour le « suppressor of cytokine signaling 1 » (SOCS1) dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) et la forte susceptibilité des souris déficientes pour SOCS1 à développer des tumeurs hépatiques expérimentales suggèrent que SOCS joue un rôle de suppresseur de tumeur. Cette notion est supportée par les études impliquant la répression de l’expression de SOCS1 via des évènements épigénétiques ou par les microARN dans plusieurs autres types de cancers. Les mécanismes moléculaires sous-jacents au rôle potentiel de suppresseur de tumeur de SOCS1 dans le foie demeurent à ce jour inconnus. Bien que les récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) sont reconnus pour induire l’expression de l’ARNm de SOCS1, le rôle et les mécanismes par lesquels SOCS1 peut réguler la signalisation des RTK sont incertains. Le RTK MET, qui a pour ligand le facteur de croissance des hépatocytes (HGF), régule plusieurs fonctions cellulaires normales. La dérégulation de la signalisation du récepteur MET joue des rôles importants dans la pathogenèse du CHC. Des études ont démontré que l’activation de MET promeut la prolifération, l’invasion et la migration des cellules cancéreuses du foie ainsi que leur dissémination métastatique. La signalisation aberrante de MET est un trait commun de plusieurs autres cancers et serait à l’origine de l’émergence de la résistance à la chimiothérapie. Dans ce projet, j’ai investigué les mécanismes moléculaires par lesquels SOCS1 régule l’activité du récepteur MET. Mes résultats indiquent que le foie des souris Socs1[indice supérieur -/-]Ifng[indice supérieur -/-] se régénère plus rapidement que celui des souris contrôles. Suivant une stimulation au HGF, les hépatocytes issus des souris Socs1[indice supérieur -/-] Ifng[indice supérieur -/-] présentent une augmentation de la signalisation de MET, de la migration et de la prolifération cellulaires. L’expression exogène de SOCS1 dans différentes lignées cellulaires d’hépatocarcinomes humains et murins inhibe la signalisation induite par HGF. De plus, SOCS1 diminue la prolifération, la croissance indépendante de l’anchrage et la migration dans ces lignées de CHC in cellulo et réduit de façon significative leur croissance dans les essais de xénogreffes chez les souris immunodéficientes. Mes résultats suggèrent que l’activation de la signalisation HGF-MET induit la transcription du gène SOCS1, suivi par une interaction physique entre SOCS1 et MET. L’analyse de divers mutants de SOCS1 révèle que cette interaction implique principalement les domaines SH2 et « kinase inhibitory region » (KIR) de SOCS1. L’activité kinasique de MET est requise pour cette interaction puisque l’interaction entre SOCS1 et un mutant kinase-inactif de MET est fortement réduite. SOCS1 est aussi phosphorylé en aval de MET sur quatre résidus tyrosine (Tyr). Quoique ces résidus Tyr représentent théoriquement des sites d’interaction pour des protéines adaptatrices possédant des domaines de liaison aux phospho-Tyr, elles ne semblent pas impliquées dans l’interaction de SOCS1 avec MET. Je démontre également que SOCS1 induit l’ubiquitination de MET via l’élongation de chaînes de polyubiquitine de type K48, conduisant à sa dégradation par le protéasome. Cette modulation négative de MET par SOCS1 dans les cellules CHC survient indépendamment de la voie de dégradation lysosomale de Cbl qui est partagée par plusieurs autres RTK. // Abstract : Frequent repression of the gene coding for the suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1) in hepatocellular carcinoma (HCC) and increased susceptibility of SOCS1 deficient mice to experimental hepatocarcinogenesis suggest a tumor suppressor role for SOCS1. This notion is supported by epigenetic and micro-RNA-mediated blockade of SOCS1 expression in several other cancers. Molecular mechanisms underlying the putative tumor suppressor function of SOCS1 in the liver have not been elucidated yet. Although receptor tyrosine kinases (RTK) can induce SOCS1 mRNA expression, the role and mechanisms of SOCS1 in regulating RTK signaling are not yet clear. c-Met is the RTK for hepatocyte growth factor (HGF) and mediates several normal cellular functions. HGF signaling and MET activation also play important roles in the pathogenesis of HCC. Experimental studies have shown that the activated MET promotes proliferation, invasion and migration of liver cancer cells and enhances metastasis. Aberrant MET signaling is a hallmark of many other cancers and underlies the emergence of chemoresistant clones. In this project, I investigated the molecular mechanisms by which SOCS1 regulates MET RTK activity. My results illustrate that the Socs1[superscript -/-]Ifng[superscript -/-] liver regenerates at a faster rate than the control one. Following HGF stimulation, hepatocytes from Socs1[superscrip -/-]Ifng[superscript -/-] mice display increased MET signaling, cell migration and proliferation. Forced expression of SOCS1 inhibits HGF-induced signaling pathways in different human or murine hepatoma cell lines. Furthermore, SOCS1 also decreases cell proliferation, anchorage-independent growth, and migration of HCC cell lines in cellulo, and results in significant inhibition of their growth as xenografts in immunodeficient mice. My findings show that activation of HGF-MET signaling results in transcriptional activation of SOCS1 gene, followed a physical interaction between SOCS1 and MET. Analysis of various SOCS1 mutants reveals that this interaction is mediated primarily via the SH2 and the kinase inhibitory region (KIR) domain of SOCS1. MET kinase activity is required for this interaction since SOCS1 binding to a kinase-dead MET mutant is dramatically reduced. MET promotes phosphorylation of SOCS1 on four tyrosine (Tyr) residues. Although these Tyr might represent potential binding sites for adaptors containing phospho-Tyr-binding domains, they do not appear to be involved in the interaction of SOCS1 with MET. I also show that SOCS1 induces polyubiquitination of MET via K48-ubiquitin chain elongation leading to its degradation by proteasomes. The SOCS1-mediated downmodulation of MET expression in HCC cells occurs independently of the Cbl-mediated lysosomal degradation pathway shared by many other RTKs. Taken together, my findings show that SOCS1 attenuates HGF-induced cellular functions by targeting the activated MET receptor for proteasomal degradation.

Le cancer de la prostate (PCa) est le deuxième cancer le plus courant chez les hommes au niveau mondial. Le suppresseur de la signalisation des cytokines 1 (SOCS1) est considéré comme un suppresseur de tumeur en raison de la fréquente répression épigénétique de ce gène dans de nombreux cancers. Il a été reporté que SOCS1 inhibait l’activation de STAT3 induite par l’IL-6, ainsi que les cyclines et les kinases dépendantes des cyclines dans les cellules malignes de la prostate. D’autre part, il a été montré que SOCS1 n’était pas essentiel lors du contrôle de la signalisation de l’IL-6 dans les hépatocytes dépourvus de cette protéine, cependant elle est essentielle pour atténuer la signalisation du facteur de croissance des hépatocytes (HGF) via son récepteur MET. MET est un récepteur de tyrosine kinases qui est surexprimé dans le PCa agressif et métastatique. Notre hypothèse de recherche propose que la répression de SOCS1 par méthylation du promoteur et la dérégulation de l’expression de MET et de sa signalisation, sont des mécanismes pathogéniques liés au développement et à la progression du PCa. Nous avons généré des lignées de cellules PC3 et DU145 stables exprimant SOCS1. Les cellules ont été stimulées avec HGF et l’activation des voies de signalisation a été évaluée par immunobuvardage. Des essais in vitro de migration, de prolifération et d’invasion ont été effectués en présence de HGF. Des gènes de transition épithélio-mésenchymateuse ont été évalués par PCR quantitatif en présence ou non du facteur de croissance. Les cellules du PCa transfectées ou pas avec SOCS1 ont été inoculées dans des souris NOD SCID gamma de façon sous-cutanée ou orthoptique afin d’évaluer respectivement la croissance tumorale et la formation de métastases. Les tumeurs reséquées ont été analysées histologiquement et biochimiquement. Nos résultats montrent que SOCS1 atténue l'activation de MET induite par HGF et la phosphorylation d’ERK dans les cellules PC3, ainsi que la phosphorylation d’ERK et d’AKT dans les cellules DU145. SOCS1 inhibe également la prolifération cellulaire induite par HGF, ainsi que la migration et l’invasion in vitro. De plus, SOCS1 réduit l’expression des gènes de transition épithélio-mésenchymateuse impliqués dans la dégradation des composants de la matrice extracellulaire dans les cellules DU145 mais pas dans les cellules PC3. La surexpression de SOCS1 a stimulé l’augmentation de déposition de collagène, in vivo. Les tumeurs formées par les cellules exprimant SOCS1 étaient de taille significativement plus petites avec une réduction de la prolifération comparé aux tumeurs provenant des cellules contrôles. En outre, SOCS1 a inhibé la formation de métastases à distance dans un modèle orthotopique. En conclusion, nous suggérons que SOCS1 est un suppresseur de tumeur indispensable de la prostate, et qu’au moins une partie de sa fonction a lieu via la régulation négative de la signalisation du récepteur MET. / Abstract : Prostate cancer (PCa) is the second most common cancer among men worldwide. Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1) is considered a tumor suppressor due to frequent epigenetic repression of the SOCS1 gene in several human malignancies. Inactivation of SOCS1 also occurs in PCa by gene methylation and micro-RNA-mediated repression. SOCS1 has been reported to inhibit IL-6-induced STAT3 activation and down-regulates cyclins and cyclin-dependent kinases in PCa cells. It has been shown that SOCS1 is not required to control IL-6 signaling in SOCS1-deficient hepatocytes, but is essential to attenuate hepatocyte growth factor (HGF) signaling via its receptor MET. This protein is a receptor tyrosine kinase (RTK), overexpressed in aggressive and metastatic PCa. Thus we hypothesized that the repression of SOCS1 via promoter methylation and deregulated MET expression and signaling are inter-related pathogenic mechanisms in PCa development and progression. We generated stable SOCS1-expressing PCa cell lines (PC3 and DU145) using lentiviral transduction followed by clonal selection via limiting dilution. Cells were stimulated with HGF and downstream signaling events were assessed by Western blot. Proliferation, migration and invasion assays were also conducted in the presence of HGF in vitro. Epithelial mesenchymal transition genes were evaluated by qPCR in the presence or absence of the growth factor. The PCa cells transfected with SOCS1 and non-transfected controls were inoculated into NOD SCID gamma mice as xenografts or as orthotopic tumors to assess tumor growth and metastasis formation, respectively. Resected tumors were further analyzed histologically and biochemically. Our results showed that SOCS1 attenuates HGF-induced MET activation and ERK phosphorylation in PC3 and DU145 PCa cell lines. SOCS1 inhibited HGF induced cell proliferation, migration and invasion in vitro. Additionally, SOCS1 decreased epithelial mesenchymal transition genes involved in the degradation of extracellular matrix components in DU145 cells but not in PC3. In vivo, SOCS1 overexpression leads to an increase of collagen deposition. Tumors formed by SOCS1 expressing cells were significantly smaller in size with reduced cell proliferation compared to tumors arising from control cells. Furthermore, SOCS1 inhibited distant metastasis formation in the orthotopic model. Overall our results suggest that SOCS1 has a tumor suppressor role in PCa evolution and part of this function is mediated by the negative regulation of MET receptor signalling and down-regulation of genes supporting migration and invasion processes such as matrix metalloproteinases.

ErbB2/HER2 est un récepteur tyrosine kinase de la famille d'EGFR (ErbB1) surexprimé dans plus de 20% des cancers du sein et associé à une forme particulièrement agressive de la maladie. Les récepteurs ErbBs sont actifs seulement sous forme de dimères, permettant la phosphorylation de leur queue C-terminale par leur domaine tyrosine kinase. La phosphorylation entraine l'interaction avec des protéines adaptatrices et l'activation de voies de signalisation, Ras/MAPK et PI3K/Akt principalement. Ces voies contrôlent la prolifération, la motilité cellulaire et la résistance à l'apoptose. Contrairement à ErbB1/3/4, ErbB2 dimérise en l'absence de ligand. Comprendre les autres mécanismes de régulation de la phosphorylation de ses tyrosines et de ses interactions est donc particulièrement intéressant.ErbB2 a fait l'objet de nombreuses études structurales et fonctionnelles. Elles ont permis la mise au point de traitements ciblés efficaces mais sujets à l'apparition de résistance, dont l'anticorps Trastuzumab, ciblant sa partie extracellulaire. La queue C-terminale d'ErbB2 (CtErbB2) a été très souvent ignorée dans ces études. Cette partie étant intrinsèquement désordonnée, il a fallu attendre ces dernières années pour que les concepts et les outils permettant de l'étudier émergent.Dans cette thèse, j'ai d'abord effectué la caractérisation structurale et dynamique de CtErbB2. J'ai montré que bien qu'étant dépourvue de toute structure stable, cette région riche en prolines possède plusieurs structures secondaires transitoires et un contact longue-distance participant très probablement à la régulation de ses interactions intra- et inter-moléculaires. Dans une deuxième partie je me suis intéressée à la caractérisation de la protéine adaptatrice Grb2, partenaire essentiel de ErbB2 pour l'activation de la voie des MAP kinases. L'organisation en solution des domaines de cette protéine modulaire dans sa forme libre était jusque là inconnue. J'ai ensuite étudié l'interaction entre Grb2 et CtErbB2, et montré que CtErbB2 interagit non seulement avec le domaine SH2 de Grb2 (par l'intermédiaire d'une phosphotyrosine), mais aussi avec son domaine SH3 N-terminal (grâce à un motif polyproline). Enfin, j'ai mis en place plusieurs stratégies de phosphorylation des tyrosines de CtErbB2, dans le but d'étudier plus largement l'effet des phosphorylations sur l'ensemble de cette région. / ErbB2/HER2 is a receptor tyrosine kinase of the EGFR (ErbB1) family overexpressed in 20% of breast cancers and associated to a particularly aggressive form of the disease. ErbB receptors are only active upon dimerization that enables phosphorylation of their C-terminal tail by their tyrosine kinase domain. Phosphorylation then triggers interaction with adaptor proteins and activation of signaling pathways, mainly Ras/MAPK and Akt/PI3K. Those pathways control cell proliferation, motility and resistance to apoptosis. Contrary to ErbB1/3/4, ErbB2 can dimerize without any ligand. Understanding other mechanisms of regulation of its tyrosine phosphorylation and of its interactions is thus particularly interesting.ErbB2 structure and function have been extensively studied. This has led to the development of several FDA-approved targeted drugs, that are effective but to which resistance occurs, amongst which the Trastuzumab antibody that targets ErbB2 extracellular domain. The C-terminal tail of ErbB2 (CtErbB2) has been widely ignored in these studies. Since it is intrinsically disordered, the concepts and tools to study it have only emerged in the last few years.In the present work, I have performed the structural and dynamic study of CtErbB2. I showed that despite its lack of any stable structure, this proline-rich region exhibits several transient secondary structures and a long-range contact that might participate in the regulation of its intra- and inter-molecular interactions. Then, I characterized the adaptor protein Grb2, which is a partner of ErbB2 that is essential for the activation of the MAPK pathway. The solution organization of the domains of this modular protein in its apo-form was unknown so far. I also studied the interaction between Grb2 and CtErbB2, showing that in addition to the known SH2-phosphotyrosine interaction, a polyproline motif of CtErbB2 binds to the N-terminal SH3 domain of Grb2. Finally, I implemented several strategies to phosphorylate CtErbB2 tyrosines, to study more extensively the effect of phosphorylation on the whole tail.

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés. / This thesis describes my contribution leading to the development of the first-generation positron emission tomography (PET) radioligands labeled with fluorine-18 (t1/2 = 110 min) or carbon-11 (t1/2 = 20.4 min) for the in vivo brain imaging of tropomyosin-related kinase B (TrkB). This research follows from the recent discovery of non-peptidic, high-affinity TrkB ligands derived from 7,8-dihydroxyflavone. The synthesis of non-radioactive 7,8-dihydroxyflavone derivatives and radiolabeling precursors amenable to fluorine-18 and carbon-11 incorporation was performed. Two synthesized compounds have been brought forward as precursors for radiolabeling with either fluorine-18 or carbon-11. Radiosynthesis involved either a novel nucleophilic aromatic subsitution with [18F]fluoride, or N-methylation with [11C]methyl iodide or [11C] methyl triflate. The resulting radiotracers were assessed in vitro by autoradiography and in vivo by PET scans of rats. The physicochemical properties and serum stability of these tracers were also evaluated. X-ray crystal structures of a series of synthetic flavone analogues were used as basis for structure-activity relationship (SAR) analysis. In combination with the above in vivo PET evaluation of these compounds, certain pharmacophores were shown essential for ligand binding affinity. In addition, some structural fragments were associated with in vivo ligand metabolism. The development and radiosynthesis of a third TrkB radiotracer, along with its in vivo PET evaluation and structural analysis, is also described here. In all, better understanding of these tracers have led to the design of potential second-generation TrkB ligands with more optimal properties as PET radiotracers.

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés. / This thesis describes my contribution leading to the development of the first-generation positron emission tomography (PET) radioligands labeled with fluorine-18 (t1/2 = 110 min) or carbon-11 (t1/2 = 20.4 min) for the in vivo brain imaging of tropomyosin-related kinase B (TrkB). This research follows from the recent discovery of non-peptidic, high-affinity TrkB ligands derived from 7,8-dihydroxyflavone. The synthesis of non-radioactive 7,8-dihydroxyflavone derivatives and radiolabeling precursors amenable to fluorine-18 and carbon-11 incorporation was performed. Two synthesized compounds have been brought forward as precursors for radiolabeling with either fluorine-18 or carbon-11. Radiosynthesis involved either a novel nucleophilic aromatic subsitution with [18F]fluoride, or N-methylation with [11C]methyl iodide or [11C] methyl triflate. The resulting radiotracers were assessed in vitro by autoradiography and in vivo by PET scans of rats. The physicochemical properties and serum stability of these tracers were also evaluated. X-ray crystal structures of a series of synthetic flavone analogues were used as basis for structure-activity relationship (SAR) analysis. In combination with the above in vivo PET evaluation of these compounds, certain pharmacophores were shown essential for ligand binding affinity. In addition, some structural fragments were associated with in vivo ligand metabolism. The development and radiosynthesis of a third TrkB radiotracer, along with its in vivo PET evaluation and structural analysis, is also described here. In all, better understanding of these tracers have led to the design of potential second-generation TrkB ligands with more optimal properties as PET radiotracers.