Le glioblastome multiforme (GBM) est la tumeur cérébrale primaire la plus fréquente et la plus agressive chez l’adulte. Malgré un traitement associant radiothérapie et chimiothérapie, la récidive est quasi systématique du fait de la résistance des cellules tumorales. En effet, elles peuvent détourner des mécanismes de survie, comme l’autophagie, qui est amplifiée lorsque la disponibilité en oxygène est réduite. De la même manière, la signalisation des facteurs de croissance, comme celle des neurotrophines, est détournée de sorte à favoriser la survie cellulaire. Ces deux mécanismes sont connus pour être associés à une population de cellules tumorales particulières, les cellules souches cancéreuses (CSC), identifiées comme participant à la résistance aux traitements du GBM et à la récidive. Elles sont en effet peu sensibles à la radiothérapie et à la chimiothérapie et sont capables de reformer une tumeur. Nous avons ciblé deux objectifs principaux : i) identifier le rôle de l’autophagie et de la signalisation neurotrophique passant par TrkC dans la survie des cellules de GBM soumises à un stress hypoxique, ii) étudier l’implication de ces deux mécanismes dans la mise en place et le maintien d’un compartiment de CSC au sein de la tumeur. Nos travaux (réalisés sur quatre lignées cellulaires de GBM) ont montré que l’autophagie et la signalisation TrkC sont activées en cas de stress hypoxique court (< 24h). De plus, il existe une compensation entre ces deux voies de survie lorsque l’une ou l’autre est déficiente. Nous avons également pu mettre en évidence que la perte de l’une des voies modifie le phénotype de la population des CSC, que ce soit au niveau fonctionnel (prolifération, résistance au Témozolomide) ou au niveau de l’expression des marqueurs de cellules souches. Ainsi l’invalidation de ces voies de survie pourrait influencer l’état plutôt activé ou plutôt quiescent des CSC, ce qui modifie leur résistance au traitement. Cette capacité d’adaptation des CSC souligne l’aspect dynamique de ce compartiment dans le GBM. / Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and aggressive adult primary brain tumor. Despite a treatment combining radiotherapy and chemotherapy, recurrence is almost systematic because of the tumor cell resistance. Indeed, they are able to develop various survival mechanisms, such as autophagy, which is amplified in hypoxic conditions. Furthermore, several growth factors, such as neurotrophins, promote cell survival signaling. These two survival processes are highly related to the development of cancer stem cells (CSCs). CSCs have been identified as contributing to the GBM resistance to radiotherapy and chemotherapy treatments and recurrence by their ability to reconstitute a tumor. Our two main objectives were: i) to identify the role of the autophagy and neurotrophin signaling, mediated by the receptor TrkC, in survival of GBM cells under hypoxic stress condition, ii) to study the involvement of these two mechanisms in the CSCs resistance to treatment processes, and their maintenance within the tumor. Our results (assessed on four GBM cell lines) showed that both autophagy and TrkC signaling were activated in hypoxic stress conditions (<24h). Interestingly, there is a compensation between these two survival pathways. We demonstrated that the loss of one of the pathways modifies the phenotype of the CSC population, whether at a functional level (proliferation, resistance to Temozolomide) or for the expression of stem cell markers. Thus, the invalidation of these survival pathways could affect the activation state of CSCs, which modifies their resistance to the treatment. This adaptive capacity of CSCs highlights their dynamic aspects in this compartment in the GBM.

En France, le cancer de la prostate est le premier cancer par son incidence ainsi que la troisième cause de mortalité pour cette pathologie. La progression de la maladie est dépendante des androgènes. Ainsi l’un des traitements majeurs du cancer de la prostate est la déprivation androgénique : le blocage de la production ou de l’action des androgènes conduit à inhiber la croissance tumorale. La plupart des patients répondent à cette thérapie, cependant l’évolution de la pathologie vers un stade d’insensibilité à la castration est inévitable, ce qui est associé à un mauvais pronostic. Au cours de la progression du cancer de la prostate, la voie de signalisation des androgènes demeure active grâce au récepteur des androgènes. Ce récepteur est une cible idéale afin de traiter et de bloquer la progression tumorale. Une telle inhibition du récepteur des androgènes peut être faite par l’utilisation d’un anti-androgènes de seconde génération : l’Enzalutamide. Cette molécule perturbe l’interaction entre le récepteur des androgènes et son ligand, elle peut bloquer la translocation nucléaire du récepteur activé mais elle empêche aussi son interaction avec l’ADN. Bien que l’utilisation de l’Enzalutamide ait contribué à améliorer la survie des patients, son utilisation conduit à l’émergence d’une résistance à l’Enzalutamide, ce qui constitue un défi thérapeutique considérable.L’objectif principal de mes travaux de thèse est d’identifier de nouvelles protéines afin d’améliorer les effets thérapeutiques de l’Enzalutamide ou de surmonter la résistance à ce médicament. Ainsi dans notre étude, nous avons supposé que le traitement à l’Enzalutamide induit l’activation de voies de signalisation spécifiques, pouvant être impliquées soit dans le mécanisme d’action du médicament ou dans la résistance à ce dernier. Cette hypothèse nous a conduit à l’identification des protéines MAPKs p38, qui sont activées lors d’un traitement avec l’Enzalutamide. Nos résultats démontrent que la combinaison d’Enzalutamide et d’inhibiteur de la MAPK p38 a un effet antitumoral significatif aussi bien in vitro que in vivo. Le mécanisme d’action de cet effet cytotoxique et synergique reste à l’étude. Ces données permettraient d’approfondir la compréhension des mécanismes de résistance lors d’un traitement à l’Enzalutamide et contribuer à la potentialisation de l’effet thérapeutique de cet antiandrogènes. / In France, prostate cancer is the most frequently diagnosed male cancer and its progression is tightly associated with the androgen signals. One of the major treatments for prostate cancer is androgen deprivation therapy which is based on blocking the production or action of the androgens to induce a tumor growth inhibition. Most patients respond to this therapy, however they still reach a castration-resistant stage which is associated with a poor prognosis. Since the progression till this late cancer stage is still driven by the androgen signaling pathway, the second-line therapy is focused on targeting the active androgen receptor by using a second-generation anti-androgens: the Enzalutamide. This molecule disrupts the interaction between the androgen receptor and its ligand, it can block the nuclear translocation of the receptor and it also prevents the receptor interaction with DNA. Although Enzalutamide treatment has enhance the patient survival, some drug resistance still arises which is a considerable therapeutic challenge.The main objective of my thesis is to identify new proteins in order to improve the therapeutic effects of Enzalutamide or to overcome resistance to this drug. Thus, in our study, we assumed that Enzalutamide treatment induces the activation of specific signaling pathways which may be involved in the cancer cell response to the treatment. This hypothesis led us to identify the MAPKs p38 proteins, which are activated during treatment with Enzalutamide. Our results show that the combination of Enzalutamide and p38 inhibitor has a significant antitumor effect both in vitro and in vivo. The mechanism of action of this cytotoxic and synergistic effect remains under study. These data would allow a better understanding of the Enzalutamide resistance mechanisms and contribute to the enhancement of the therapeutic effect of this anti-androgen.

Les facteurs de transcription STAT3 sont activés et impliqués dans le développement tumoral par leurs effets sur la prolifération et la survie cellulaire. Lorsque STAT3 est phosphorylé sur la tyrosine 705, il semble impliqué dans la transformation cellulaire et dans l'échappement aux traitements classiques de chimiothérapie. Un second site de phosphorylation sur la sérine 727 a été décrit mais son implication dans la régulation de l'activité de STAT3 en réponse aux traitements a été peu étudiée. Nous nous sommes donc intéressés au rôle de la phosphorylation de la sérine 727 de STAT3 dans la réponse de lignées cellulaires colorectales aux agents génotoxiques et plus particulièrement aux inhibiteurs de topoisomérases de type I. Le traitement entraine une perte de la transcription de la cycline D1 et de myc, gènes cibles de STAT3 phosphorylée sur tyrosine 705 et une activation de la kinase cdk5. Cette dernière va phosphoryler STAT3 sur son résidu sérine 727 ce qui va lui permettre de se fixer sur le promoteur du gène de la protéine de réparation Eme1, pour activer sa transcription. Ceci permet la réparation des dommages de l'ADN induits par le Sn38 et entraine une diminution de la sensibilité au traitement. D'autre part, l'inhibition des topoisomérases entraine une perte de la protéine myc normalement liée au promoteur d'Aurora A en phase G2/M et qui, associée au recrutement des répresseurs mad et miz aboutit à l'inhibition de la transcription de la kinase Aurora A. Une inhibition de la séparation des centrosomes est alors observée et entraine un arrêt en phase G2/M. En plus de la régulation de l'activité transcriptionnelle de STAT3 phosphorylée sur la sérine, nous nous sommes intéressés aux partenaires protéiques du facteur de transcription en réponse à sa phosphorylation. Par l'intermédiaire de la technique du double hybride et de la spectrométrie de masse, nous avons pu mettre en évidence deux nouveaux partenaires potentiels de STAT3. D'abord DDB2, protéine impliquée dans l'entrée en sénescence et dans la méthylation de l'ADN. Puis, ASPP2, une protéine qui confère à p53 une meilleure affinité de fixation à certains de ses promoteurs. Nous pensons que la phosphorylation de STAT3 sur la sérine 727 pourrait être impliquée dans l'induction de la sénescence et dans la réparation des dommages de l'ADN et que la cellule tumorale détournerait ces processus de protection pour réparer son ADN afin de résister au traitement. Les cellules pourraient alors proliférer avec un matériel génétique abimé, ce qui rendrait ces cellules instables sur le plan génomique. La détection de cette phosphorylation de STAT3 pourrait etre utilisée comme un marqueur de résistance aux inhibiteurs de topoisomérase. Ceci pourrait ainsi permettre de mieux prédire la réponse des patients à ce traitement.

L'entrée des cellules en mitose se caractérise par l'augmentation d'expression de la kinase Aurora A. Nous avons caractérisé l'effet du sn38, métabolite actif de l'irinotecan utilisé dans le traitement du cancer colorectal sur l'expression de cette kinase. En absence de traitement, le facteur de transcription c-myc se lie au promoteur d'Aurora A et l'active. Cependant, le traitement des cellules avec du sn38 induit l'inhibition de c-myc et son absence du promoteur d'Aurora A s'accompagnant de l'induction du processus de sénescence. Nous avons également étudié l'effet de l'oncogène Ras sur la kinase Aurora A. Cet oncogène induit une diminution d'expression d'Aurora A par une modulation de l'activité des cofacteurs transcriptionnels de c-myc. En résumé, nos résultats indiquent qu' Aurora A est une cible des traitements de chimiothérapie et des mécanismes de contrôles oncogéniques. Le blocage de son expression constitue certainement une protection contre le développement tumoral.

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Cette thèse présente les travaux menés sur l’analyse et la modélisation de l’hétérogénéité tumorale lors de résistance aux traitements. Nous présentons ici un modèle EDP, dépendant de chaque patient, et prenant en compte deux types de traitements différents. Il reproduit qualitativement et quantitativement les différentes étapes de la croissance d’une tumeur soumise à ces traitements. Afin de pallier une instabilité numérique liée à ce type de modélisation, un nouveau schéma numérique est construit : le twin-WENO5.Nous développons ensuite une méthode de synthèse d’images scanners de sorte à rendre meilleure la comparaison entre les résultats numériques et les données cliniques. Enfin un critère robuste permettant de quantifier l’hétérogénéité à la fois des images cliniques et des images de synthèse, est construit. / This thesis deals with tumor heterogeneity analysis and modeling during treatments resistances. A patient-dependent PDEs model, that takes into account two kinds of treatments, is presented. It qualitatively and quantitatively reproduces the different stage during the tumor growth undergoing treatments. In order to overcome a numerical instability linked to the type of modeling, a new numerical scheme is built : the twin-WENO5. Then,an image synthesis method is developed to enable a better comparison between the numerical results and the clinical data. Finally, a robust criteria that quantifies the tumor heterogeneity from the clinical data and from the synthesis images, is built.

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