La photothérapie dynamique (PDT) est un nouveau traitement n’induisant potentiellement pas de mutation et utilisable pour lutter contre le rétinoblastome. Les dérivés de porphyrine utilisés comme Ps dans la Thérapie PhotoDynamique (PDT) sont largement étudiés depuis la naissance du premier Ps de synthèse (l’HpD). Une limitation importante de la PDT provient de la faible profondeur (confinée près de la surface) de pénétration de la lumière (λ <700 nm) employée pour l'excitation du Ps. Afin de fournir une énergie d’activation suffisante pour produire l’oxygène singulet dans la fenêtre thérapeutique entre 700-1300, le processus d'absorption à deux photons a été proposé. Les Ps excitables par l’absorption simultanée de deux photons conduisent au concept de PDT à deux photons (PDT-ADP). Ce processus ayant une faible probabilité, son application demande le développement de nouveaux Ps avec une section efficace importante. Une autre limitation de la PDT est la faible sélectivité et spécificité des Ps actuels pour les cellules tumorales. Un ciblage actif de récepteurs membranaires spécifiques des cellules tumorales représente une solution possible. Il a été rapporté que des récepteurs de type lectine reconnaissant certains sucres sont surexprimés par des cellules malignes. Nous présenterons la synthèse et les résultats photocytotoxiques de dimères dissymétriques de porphyrine P-Y-P', inspirée d'études précédentes du laboratoire, privilégiant l’introduction de trois chaînes para-phénoxy-diéthylène glycol mannose sur trois des positions méso de porphyrines optimisés pour l’absorption à deux photons et vectorisés vers des lectines membranaires.Pour contourner le problème de solubilité des porphyrines dimères en milieu aqueux et améliorer l’internalisation de Ps dans les cellules tumorales, nous avons analysé le comportement interfacial des porphyrines dimères à l'interface air-tampon, étudié leur incorporation dans les liposomes à l’aide de la technique de la fluorescence, et évalué l’interaction entre porphyrin dimères et la Concanavaline A (une lectine extraite de Canavalia ensiformis qui reconnaît de manière spécifique l'alpha-D-mannose). / Photodynamic therapy (PDT) is a new potential treatment against retinoblastoma, which doesn’t induce mutations. The porphyrin derivatives used as Ps in PDT are widely studied since the birth of the first synthesis Ps (HpD). An important limitation of PDT comes from low penetration of light (λ<700 nm) used for excitation of the Ps. In order to provide enough energy to enable production of singlet oxygen in the phototherapeutic window between 700-1300, the absorption of two relatively low-energy photons simultaneously has been proposed. Ps excited by simultaneous absorption of two photons leads to the concept of two-photon PDT (TPE-PDT). This process has very low probability; its application in the PDT needs develop new Ps with intensive cross section. Another limitation is the low selectivity and specificity of current Ps for tumor cells. Active targeting to appropriate receptors expressed at the tumor cells give a possible solution. It has been reported that the lectin-like receptors recognizing certain sugars are overexpressed in malignant cells. We will present the synthesis and in vitro photocytotoxical results of asymmetric porphyrin dimers P-Y-P', inspired by previous studies of our laboratory, introducing three para-phenoxy-diethylene glycol mannose chains at the meso positions of porphyrin core which optimized for two-photon absorption and targeted to membrane lectins. To circumvent the solubility problem of porphyrin dimers in aqueous medium and improve internalization of Ps into tumor cells, we analyzed the interfacial behavior of the porphyrin dimers in the air-buffer interface, studied the incorporation of porphyrin dimers in liposomes using the technique of fluorescence, and evaluated the interaction between porphyrin dimers and Concanavalin A (Canavalia ensiformis lectin derived from that specifically recognizes the alpha-D-mannose).

Le rétinoblastome est la tumeur intraoculaire primitive la plus fréquente de l’enfant. Les traitements actuels du rétinoblastome sont associés à de nombreux effets secondaires. De nouvelles approches thérapeutiques (telles que la photothérapie dynamique [PDT] ou les injections intra-vitréennes [IVT] de chimiothérapies) doivent donc être évaluées sur des modèles animaux, en vue d’une éventuelle application clinique.Dans cette thèse nous avons tout d’abord caractérisé un modèle murin obtenu par xénogreffe orthotopique de cellules issues de rétinoblastomes humains. Nous avons montré que la croissance tumorale intraoculaire est possible dans des lignées de souris immunodéficientes (Swiss-nude et SCID [severe combined immunodeficiency]) et dans une lignée immunocompétente (B6Albino). En raison du taux de prise tumorale insuffisant (entre 28.4% et 68.8% selon les lignées de souris utilisées) et des complications oculaires liées à l’injection orthotopique de cellules tumorales (cataracte, décollement de rétine chronique), les tests thérapeutiques (PDT et IVT de chimiothérapies) ont ensuite été réalisés sur un modèle murin transgénique de rétinoblastome (LHBetaTag).En vue du traitement par PDT, une étude de biodistribution par IRM (imagerie par résonance magnétique) du photosensibilisateur (PS, DEG-mannose) couplé au manganèse et une étude par dosage du PS ont été réalisées. Elles ont toutes les deux montré que l’illumination de la tumeur doit être réalisée 24 à 48h après l’administration intra-péritonéale du PS (ce qui correspond au « drug-to-light interval » du traitement par PDT). En utilisant ces paramètres, le traitement par PDT a été efficace sur les tumeurs rétiniennes des souris LHBetaTag. Au niveau de la zone traitée par PDT, il y a ainsi eu 91.7% de cicatrices choriorétiniennes en OCT (optical coherence tomography) pour un « drug-to-light interval » de 24h et 100% de cicatrices choriorétiniennes pour un « drug-to-light interval » de 48h. La rétine non tumorale située en dehors de la zone traitée par PDT avait un aspect normal en histologie, ce qui est en faveur d’une absence de toxicité rétinienne de la PDT sur les tissus sains. Le traitement par laser seul n’a pas eu d’effet anti-tumoral.Des traitements par IVT de chimiothérapies ont aussi été évalués sur les tumeurs rétiniennes des souris LHBetaTag. Les molécules utilisées ont été le melphalan, le carboplatine et le topotecan, administrées en mono ou en bithérapie. Nous avons montré que 4 IVT hebdomadaires de carboplatine à la dose de 1.5 µg ont la meilleure efficacité anti-tumorale (83.3% d’yeux sans masse tumorale en histologie) pour une toxicité rétinienne faible (21.4% d’yeux où il y a eu une diminution de l’épaisseur de la rétine non tumorale en OCT au cours du suivi in vivo). Le carboplatine semble donc être une alternative intéressante au melphalan, qui est actuellement la molécule la plus utilisée en clinique pour les IVT dans le rétinoblastome mais qui est associé à une toxicité rétinienne importante.En conclusion, ces études précliniques réalisées sur un modèle murin de rétinoblastome (LHBetaTag) montrent que la PDT est envisageable pour le traitement des tumeurs rétiniennes dans le rétinoblastome humain. Les IVT de carboplatine sont une perspective pour le traitement des flocons intra-vitréens dans cette maladie. Des évaluations fonctionnelles (électrorétinogramme, étude du réflexe optocinétique) devront cependant être réalisées chez la souris avant un éventuel passage en clinique afin de mieux caractériser une éventuelle toxicité rétinienne de ces traitements. / Retinoblastoma is the most common primary intraocular malignancy in children. Current retinoblastoma treatments have many adverse effects. New therapeutic approaches (like photodynamic therapy [PDT] or intravitreal injections [IVT] of chemotherapy) must therefore be evaluated on animal models, before a clinical application.In this thesis we first characterized an orthotopic xenograft murine model obtained with human retinoblastoma cells. We showed that intraocular tumor growth can be achieved in immunodeficient mouse strains (Swiss-nude and SCID [severe combined immunodeficiency]) and in an immunocompetent strain (B6Albino). Due to insufficient tumor engraftment rates (between 28.4 and 68.8% depending on the mouse strains) and to ocular complications after the injection of tumor cells (cataract, chronic retinal detachment) the treatments (PDT and IVT of chemotherapy) were performed on a transgenic retinoblastoma mouse model (LHBetaTag).In order to perform PDT, an MRI study (magnetic resonance imaging) of the photosensitizer (PS, DEG-mannose) coupled with manganese and a biodistribution study based on the dosage of the PS were performed. Both studies showed that the illumination of the tumor should be performed between 24 and 48h after the intraperitoneal injection of the PS (which corresponds to the “drug-to-light interval” of PDT). Using these parameters, PDT was effective on the retinal tumors of LHBetaTag mice. In the area treated with PDT we found 91.7% chorioretinal scars on OCT (optical coherence tomography) with a “drug-to-light interval” of 24h, and 100% chorioretinal scars with a “drug-to-light interval” of 48h. The retina outside the treated area had a normal aspect on histology, showing that PDT is not toxic on healthy tissues. Laser treatment alone had no anti-tumor effect.IVT of chemotherapy were also performed in LHBetaTag mice. We used melphalan, carboplatin and topotecan, alone or in association. We showed that 4 weekly IVT of carboplatin at the dose of 1.5 µg had the best anti-tumor effect (83.3% of eyes had no tumor mass on histology) and little retinal toxicity (21.4% of eyes had diminished retinal thickness on OCT). Carboplatin seems an interesting alternative to melphalan which is currently the most commonly used chemotherapy for IVT (but has a retinal toxicity).In conclusion, these preclinical studies on a retinoblastoma mouse model (LHBetaTag) show that PDT could be used to treat retinal tumors in human retinoblastoma. IVT of carboplatin could be used to treat vitreous seeds in this disease. Functional tests (electroretinogram, optokinetic reflex) should be performed in mice in order to evaluate more precisely the retinal toxicity of these treatments.

Le rétinoblastome est une tumeur rare qui touche la rétine du jeune enfant. L’inactivation bi-allélique du gène RB1 est à l’origine du développement tumoral. RB1 est le premier gène suppresseur de tumeur qui ait été identifié et la prédisposition au rétinoblastome constitue un véritable paradigme de la prédisposition aux cancers. Dans les formes non prédisposées génétiquement, les deux mutations apparaissent dans une cellule rétinienne unique ; le rétinoblastome est alors unilatéral. Dans les formes à prédisposition génétique, la première mutation est constitutionnelle et la deuxième est somatique. La mutation constitutionnelle est une néo-mutation pré- ou post- zygotique dans les formes sporadiques, alors qu’elle est héritée dans les formes familiales. Dans les formes avec prédisposition génétique, le diagnostic est plus précoce que dans les formes sans prédisposition et la bilatérisation du rétinoblastome est généralement la règle. Néanmoins, de rares familles présentent une pénétrance réduite et une variabilité phénotypique se traduisant par la coexistence de patients atteints de rétinoblastome bilatéral ou unilatéral, d’apparentés porteurs sains et d’apparentés présentant des rétinomes. Les mécanismes responsables de la variabilité phénotypique intrafamiliale sont inconnus et l’existence de facteurs génétiques modulant le phénotype tumoral est probable.L’origine de la variabilité de l’expression phénotypique du rétinoblastome peut être la résultante (i) de l’existence de mutations en mosaïque, (ii) de mutations de RB1 et (iii) de facteurs modificateurs génétiques indépendants du locus de RB1. Trois axes distincts et originaux basés sur ces origines possibles de variabilité phénotypique ont été développés pour caractériser les relations génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Premièrement, les conséquences d’une mosaïque somatique ont été illustrées grâce à l’étude d’une famille ayant bénéficié de cinq diagnostics prénatals. Dans ces familles, certains fœtus porteurs de l’allèle à risque identifié par une approche indirecte basée sur l’étude de microsatellites au locus de RB1, n’étaient pas porteurs de la mutation du parent atteint, lui-même atteint d’un rétinoblastome bilatéral. Ainsi, nous avons démontré la présence d’une mosaïque somatique et gonadique chez ce parent lourdement atteint. La conséquence de l’existence de patients présentant une mosaïque dans le cadre du conseil génétique a été discutée. La suite de nos travaux a pris en compte ces résultats afin de limiter les biais que pourrait induire la présence de mutations en mosaïque dans des études de corrélation génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Deuxièmement, l’association de grandes délétions emportant RB1 avec des retards psychomoteurs chez des patients atteints de rétinoblastome a été étudiée. Une approche de CGH hautement résolutive, ciblée sur le locus de RB1, a été mise en place afin de caractériser le rôle des gènes contigus de RB1 dans ce syndrome. Ainsi, cette approche a permis de définir une zone à risque de retard psychomoteur que nous proposons comme seuil d’alerte pour le généticien. Cette zone définit un gène, PCDH8 d’expression cérébrale exclusive, comme un excellent candidat au retard psychomoteur. Enfin, troisièmement, une approche « gène candidat » reposant sur l’étude du SNP309 du promoteur de MDM2, a été mise en œuvre. / Retinoblastoma is the most common intraocular childhood cancer and occurs when both alleles of the RB1 gene are inactivated in the retina. In patients without genetic predisposition, the two mutations occurred in a single unique retinal cell. In subjects with a genetic predisposition to retinoblastoma, the first RB1 mutation is found in the germline and the second appears as a somatic mutation. Germline carriers usually develop bilateral or multifocal tumors and the diagnosis is earlier. However, some rare families exhibit low penetrance and variable expressivity of the disease because bilaterally affected, unilaterally affected, and unaffected mutation carriers are known to coexist. The existence of genetic modifiers in retinoblastoma therefore appears highly probable and must be considered. The lack of penetrance and the variable expressivity could be the sum of three independent causes. The presence of a mosaic can affect the phenotype, the nature of the mutation can drive low penetrance and particular phenotype like psychomotor delay in case of large genomic deletions and genetic modifier factors could modulate the phenotype. These three major keys have been studied in order to highlight the relations between the phenotype and the genotype. Firstly, the consequences of mosaicism have been illustrated by a prenatal diagnosis concerning a couple with a bilateral retinoblastoma-affected male patient who requested five successive prenatal diagnoses and in whom RB1 mutation mosaicism had important implications. Implications of mosaicism in genetic counseling have been discussed and taken into consideration in order to limit bias in the two following genotype/phenotype studies. Secondly, the association between whole germline monoallelic deletions of the RB1 gene and psychomotor delay was studied by a high-resolution CGH array focusing on RB1 and its flanking region. Comparative analysis detected a four megabase critical interval including a candidate gene, protocadherin 8 (PCDH8). PCDH8 is thought to function in signaling pathways and cell adhesion in a central nervous system-specific manner, making loss of PCDH8 one of the probable causes of psychomotor delay in RB1-deleted patients. Thirdly, a candidate gene approach based on partners that are necessary for the development of the tumor attempted to find possible genetic modifiers. MDM2, which increases p53 and pRB catabolism, was therefore a prominent candidate. The minor allele of MDM2 that includes a 309T>G transversion (SNP rs2279744) in the MDM2 promoter is known to enhance MDM2 expression. In family-based association analyses performed in 70 retinoblastoma families, the MDM2 309G allele was found to be statistically significantly associated with incidence of bilateral or unilateral retinoblastoma among members of retinoblastoma families under a recessive model (Z = 3.305, two-sided exact P = .001). The strong association of this genotype with retinoblastoma development designates MDM2 as the first modifier gene to be identified among retinoblastoma patients

Les cellules différenciées peuvent être reprogrammées et adopter un destin cellulaire très différent. Connaître les acteurs et mécanismes qui contrôlent les processus de reprogrammation est un objectif scientifique fascinant qui éclairera notre compréhension du contrôle et du maintien de l'identité cellulaire. Notre laboratoire étudie le changement d'identité (ou transdifférenciation, TD) naturel d’une cellule épithéliale rectale (nommée Y) en motoneurone (nommé PDA) chez Caenorhabditis elegans. Dans les vers mutants pour le gène lin-15A (gène isolé dans un crible génétique du laboratoire), la cellule Y n'initie pas sa reprogrammation : Y demeure rectale. Cette protéine apparaît dans le noyau de Y juste avant le début de la TD de Y et joue un rôle clé dans l’initiation de ce processus. LIN-15A lie l’ADN et son domaine conservé en doigt de zinc (de type THAP-like) est essentiel pour initier la reprogrammation de Y. Nous nous sommes attachés à mieux comprendre le rôle de LIN-15A dans ce processus. L’inactivation de certains gènes (impliqués dans le maintien de l’identité cellulaire) permet de supprimer partiellement ou très fortement le défaut de reprogrammation de Y causé par la mutation lin-15A. Ces gènes appartiennent au groupe appelé synMuv B et ceux induisant la plus forte suppression du phénotype de lin-15A sont tous liés à la voie du rétinoblastome (RB). Dans la littérature, tous les mutants suppresseurs de défaut de PDA existant dans le mutant lin-15A présentaient une dérive de l’identité des cellules intestinales. Certains mutants de voies de réponse au jeûne chez le ver présentent également une perte du maintien de l’identité des cellules intestinales très similaire à celle induite par l’inactivation de certains gènes synMuv B. De façon très intéressante, nous avons pu observer que les vers mutants lin-15A présentent une pénétrance du défaut de PDA bien plus faible une fois privés de nourriture (au 1er stade larvaire ou au stade dauer). Certaines études laissent supposer que ces diapauses suite au jeûne entrainent une perte du maintien de l’identité cellulaire de cellules somatiques (et possiblement dans l’intestin), ce qui pourrait permettre à Y d’enclencher sa reprogrammation malgré l’absence de lin-15A, facteur clé à la levée du verrou pour initier la TD. En résumé, mes résultats ont montré que la transdifférenciation d'une cellule dépendait d'une clé moléculaire, LIN-15A, nécessaire pour lever un verrou de maintien de l'identité cellulaire dans la cellule qui va changer d'identité, et ce précisément juste avant la conversion cellulaire de Y en PDA. De façon plus générale, mes travaux ouvrent la possibilité que l'état physiologique et métabolique du ver influe sur le maintien de l'identité cellulaire. Sur le long terme, il conviendra alors de déterminer par quel biais cet état est perçu, dans quelles cellules, et comment cette information est relayée ou captée par la cellule Y, pour finalement influencer sa plasticité. / Differentiated cells can be reprogrammed to adopt a different cell identity. The discovery of factors and mechanisms controlling cellular reprogramming is a fascinating scientific goal that will shed light on the mechanisms controlling cell identity maintenance. Our laboratory studies the natural identity switch (or transdifferentiation, TD) of an epithelial rectal cell (called Y) into a motor neuron (called PDA) in Caenorhabditis elegans. In worm mutants for the gene lin-15A (isolated in a genetic screen performed in the laboratory), the Y cell does not initiate the Y reprogramming : Y stays rectal. This protein appears in the Y nucleus just before the beginning of the Y TD and plays a key role in the process initiation. LIN-15A binds DNA and its zinc finger domain (THAP-like) is essential for the initiation of Y reprogramming. Inactivation of some genes that are involved in cell identity maintenance allow a partial or strong suppression of the Y reprogramming defect due to lin-15A mutation. These genes belong to a group called synMuv B and those inducing the strongest lin- 15A phenotype suppression are all linked to the retinoblastoma (RB) pathway. In the literature, all the mutants that are PDA defect suppressors in lin-15A mutant show a switch of intestinal cell identity. Some mutants in starvation–response genes in worms show a loss of intestinal cell identity maintenance very similar to the one observed in synMuv B mutants. Interestingly, we observed that starvation (in 1st larval stage or dauer stage) induces a strong drop of the PDA defect in lin-15A mutant. Different studies suggest diapause induced by starvation trigger a loss of somatic cell identity maintenance (and possibly in intestinal cells), that could allow Y to start the reprogramming despite the lack of lin-15A, even it is a key factor to release a break and initiate the TD. In summary, my results show the cell transdifferentiation depends on a molecular key, LIN-15A, that is needed, just priorto TD initiation, to release a cell maintenance lock to allow a cell to undergo cell identity switch. My work opens the possibility that the worm physiologic and metabolic state influences cell identity maintenance. In the future, how this state is perceived has to be determined, in which cells and how this information is transmitted to Y to finally influence its plasticity.

Le rétinoblastome est un cancer pédiatrique rare de la rétine en cours de développement. Si dans les pays développés, le taux de survie avoisine 100%, une énucléation de l’oeil atteint est cependant nécessaire dans plus de 70% des cas.En 1971, Knudson émit l’hypothèse des deux “hits”, qui permit de comprendre que le rétinoblastome s’initie généralement après une perte bi-allélique du gène RB1. Cependant, les autres mécanismes moléculaires qui régissent ce cancer restent depuis peu connus. Par exemple, peu d’études génomiques ont été conduites. Ainsi, la nature de la cellule d’origine, ainsi que la présence ou non d’une hétérogénéité intertumorale, font encore débat. Dans cette étude, nous avons dressé un portrait génomique et clinique complet du rétinoblastome; plusieurs observations ont montré qu’il s’agit bien d’une maladie hétérogène, avec deux sous-types distincts. Nous avons d’abord identifié les deux sous-types avec à une approche couplant une analyse en composantes indépendantes (ACI) de transcriptomes tumoraux avec des marquages immunohistochimiques. Les rétinoblastomes du premier sous-type, dits “cone-like” expriment uniformément des marqueurs de cônes, tandis que ceux du second sous-type, dits “bivalent-type”, ont une forte hétérogénéité intratumorale, avec un enchevêtrement de zones de différenciation ganglionnaire ou cône. Grâce à une étude plus approfondie des transcriptomes et de données d’altérations génomiques, nous avons ensuite montré que les sous-types dépendent de voies de signalisation et d’oncogènes différents. Les bivalent-type ont notamment une présence quasi-systématique de gains de MDM4 ou d’amplifications de MYCN. Nous nous sommes ensuite tournés vers les méthylomes des rétinoblastomes, et constaté une forte hétérogénéité entre les sous-types. Nous avons décomposé cette hétérogénéité grâce à une ACI, et constaté qu’elle n’était pas liée uniquement à la différenciation cône ou ganglion. Nous avons ensuite étudié les données cliniques de la cohorte, et constaté que les sous-types avaient des âges au diagnostic et des formes de croissance différents, les tumeurs cone-like se developpant généralement chez des patients jeunes avec des tumeurs exophytiques, et les bivalent-type chez des patients plus âgés avec des tumeurs endophytiques. De plus, les patients avec des inactivations constitutionnelles du gène RB1 développent majoritairement des tumeurs cone-like; les cone-like s’initieraient donc plus tôt durant le développement de la rétine. Nous avons finalement séquencé les exomes de 74 paires tumeur-normal. Les rétinoblastomes avaient un taux de mutations extrêmement faible (0.1 mutations par mégabase), comme beaucoup de cancers pédiatriques. Nous avons identifié des mutations somatiques récurrentes dans RB1, BCOR et ARID1A. Ces gènes se trouvaient de plus dans des régions minimales de pertes chromosomiques. Surtout, les inactivations des deux gènes avaient souvent de fortes fréquences alléliques. Ceci indique que ces inactivations ont lieu précocément dans la tumorigénèse. En conclusion, notre étude a permis de dresser un premier portrait génomique complet du rétinoblastome, a révélé l’existence de deux sous-types distincts, ainsi que fourni des indices quant à la cellule d’origine de chaque sous-type, et les mécanismes moléculaires les régissant. / Retinoblastoma is a rare pediatric cancer of the developing retina. In high-income countries, survival rates near 100%; however, enucleation of the affected eye has to be performed in over 70% of patients. Knudson’s 1971 two-hit hypothesis led to the discovery that this cancer usually initiates after a bi-allelic loss of the RB1 gene. Despite this early finding, little is known about the other molecular underpinnings of retinoblastoma. For instance, few genome-wide studies have described the genetic and epigenetic characteristics of these tumors. Furthermore, there is still no clear consensus regarding this cancer’s cell of origin, or whether or not it is homogenous disease. In this study, we built a comprehensive molecular and clinical portrait of retinoblastoma. Several lines of evidence led us to conclude that retinoblastoma is in fact a heterogeneous disease, with two distinct subtypes. We first uncovered the subtypes through a strategy that coupled an independent component analysis (ICA) of tumor transcriptomes to tumor immunohistochemical stainings. Retinoblastomas of the first subtype, called “cone-like”, homogeneously display cone-like differentiation, while those of the second subtype, called “bivalent-type”, exhibit strong intratumoral heterogeneity, with areas of cone-like differentiation intertwined with areas of ganglion-like differentiation. Further analysis of the transcriptomic data, as well as of copy number alteration data revealed that both subtypes may rely on different pathways and oncogenes. We notably observed a quasi-systematic presence of MDM4 gains or MYCN amplifications in bivalent-type tumors. We next turned to retinoblastomas’ methylomes; these considerably varied between the subtypes. ICA allowed us to decompose this inter-subtype methylomic heterogeneity, which was found to go beyond methylation due to cone-like or ganglion-like differentiation. We next studied the tumors’ clinical data, and found that cone-like tumors are most often diagnosed in very young patients with exophytic tumor growth, while bivalent-type tumors are found in older patients with endophytic tumor growth. Furthermore, patients with germline inactivations of RB1 mostly developed cone-like retinoblastomas, indicating that these tumors may initiate earlier during retinal development. In the final part of our study, we performed whole exome sequencing of 74 tumor-normal pairs. Like many pediatric cancers, the tumors had very low background mutation rates (0.1 mutations per megabase). Recurrent somatic mutations were found in RB1, BCOR and ARID1A, and these genes were also found to be in minimal regions of chromosomal losses. Importantly, both inactivations often had very high allelic frequencies, indicating that these events occur very early on in retinoblastoma tumorigenesis.Taken together, our study outlines a first comprehensive genomic portrait of retinoblastomas, points to the existence of two distinct subtypes, and provides insights into the cells-or-origin and the molecular mechanisms underlying these subtypes.

L'avancée technologique dans les nanosciences a permis le développement d'une large gamme de matériaux nanostructurés aux applications biomédicales. Ces outils, constitués de matériaux différents, ont été développés à des fins de diagnostic et de thérapie pour réaliser notamment le ciblage, le marquage cellulaire, l'imagerie médicale et pour concevoir des systèmes de délivrance de médicaments pour le traitement de cancers ou de maladies infectieuses. La création de nano-objets regroupant l'ensemble de ces propriétés de type théranostique constitue une étape essentielle vers un traitement personnalisé et non invasif des cancers solides de petite taille. Dans cette thèse, une première partie est consacrée à la mise au point et à l'utilisation de nanoparticules de silice mésoporeuse pour le traitement des rétinoblastomes. Ce travail visait à améliorer la thérapie photodynamique en augmentant la biodisponibilité de molécules actives dans les cellules cancéreuses par deux stratégies : leur vectorisation par un nano-objet et le ciblage spécifique des cellules cancéreuses. Pour cela, les profils d'expression des récepteurs du mannose ont été analysés et les récepteurs MRC2 et CD209 se sont révélés être de bons candidats pour une thérapie ciblée du rétinoblastome. La deuxième partie des recherches réalisées s'oriente vers l'élaboration de différents nanosystèmes pour le traitement des cancers et l'imagerie médicale. Premièrement, des nanotransporteurs de principe actif à relargage pH-sensible, structurés à partir de nanoparticule de silice mésoporeuse, ont été étudiés. Ces systèmes de délivrance, sous l'effet de stimuli internes, se sont révélés être très efficaces in vitro et ex vivo pour le traitement du cancer du côlon. Deuxièmement, le potentiel de délivrance contrôlée de molécules anticancéreuses renfermées dans des nanomachines soumises à une activation externe biphotonique, a été démontré sur des cellules de cancer du sein. Enfin, les propriétés de nanoparticules magnétiques de polymères de coordination cyano-pontés se sont révélées très prometteuses pour une utilisation en tant que nouvel agent de contraste intravasculaire pour l'imagerie par résonance magnétique in vivo. / The technological advance in nanoscience has allowed the development of a wide range of nanostructured materials for biomedical applications. These tools, composed of different materials, have been developed for diagnosis and therapy, in particular to achieve targeting, cellular labeling, medical imaging and to design drug delivery systems for the treatment of cancer or infectious diseases. The elaboration of nano-tools possessing these theranostic properties would be a major step towards personalized and non-invasive treatments of small solid cancers.In this thesis, the first part is devoted to the development and the application of mesoporous silica nanoparticles for the treatment of retinoblastoma. The aim of this work was to improve photodynamic therapy by increasing the bioavailability of active molecules in cancer cells following two strategies: their vectorization through nanodevice and the specific targeting of cancer cells. For this, expression profiles of mannose receptors were analyzed and both MRC2 and CD209 receptors were found to be interesting candidates for targeted therapy of retinoblastoma.The second part corresponds to a multidisciplinary approach focused on the research of different nanosystems designed for cancer treatment and medical imaging. We first studied pH-operated hybrid silica nanocarriers designed for drug release. Under internal stimuli, these delivery systems have shown to be very efficient in vitro and ex vivo against colon cancer. Then, we demonstrated the potential of nanoimpellers designed for anticancer drug delivery mediated by external two-photon activation on breast cancer cells. Finally, we report the promising use in vivo of new magnetic cyano-bridged coordination polymer nanoparticles as an efficient intravascular magnetic resonance imaging contrast agent.

Le rétinoblastome est une tumeur rare qui touche la rétine du jeune enfant. L'inactivation bi-allélique du gène RB1 est à l'origine du développement tumoral. RB1 est le premier gène suppresseur de tumeur qui ait été identifié et la prédisposition au rétinoblastome constitue un véritable paradigme de la prédisposition aux cancers. Dans les formes non prédisposées génétiquement, les deux mutations apparaissent dans une cellule rétinienne unique ; le rétinoblastome est alors unilatéral. Dans les formes à prédisposition génétique, la première mutation est constitutionnelle et la deuxième est somatique. La mutation constitutionnelle est une néo-mutation pré- ou post- zygotique dans les formes sporadiques, alors qu'elle est héritée dans les formes familiales. Dans les formes avec prédisposition génétique, le diagnostic est plus précoce que dans les formes sans prédisposition et la bilatérisation du rétinoblastome est généralement la règle. Néanmoins, de rares familles présentent une pénétrance réduite et une variabilité phénotypique se traduisant par la coexistence de patients atteints de rétinoblastome bilatéral ou unilatéral, d'apparentés porteurs sains et d'apparentés présentant des rétinomes. Les mécanismes responsables de la variabilité phénotypique intrafamiliale sont inconnus et l'existence de facteurs génétiques modulant le phénotype tumoral est probable.L'origine de la variabilité de l'expression phénotypique du rétinoblastome peut être la résultante (i) de l'existence de mutations en mosaïque, (ii) de mutations de RB1 et (iii) de facteurs modificateurs génétiques indépendants du locus de RB1. Trois axes distincts et originaux basés sur ces origines possibles de variabilité phénotypique ont été développés pour caractériser les relations génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Premièrement, les conséquences d'une mosaïque somatique ont été illustrées grâce à l'étude d'une famille ayant bénéficié de cinq diagnostics prénatals. Dans ces familles, certains fœtus porteurs de l'allèle à risque identifié par une approche indirecte basée sur l'étude de microsatellites au locus de RB1, n'étaient pas porteurs de la mutation du parent atteint, lui-même atteint d'un rétinoblastome bilatéral. Ainsi, nous avons démontré la présence d'une mosaïque somatique et gonadique chez ce parent lourdement atteint. La conséquence de l'existence de patients présentant une mosaïque dans le cadre du conseil génétique a été discutée. La suite de nos travaux a pris en compte ces résultats afin de limiter les biais que pourrait induire la présence de mutations en mosaïque dans des études de corrélation génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Deuxièmement, l'association de grandes délétions emportant RB1 avec des retards psychomoteurs chez des patients atteints de rétinoblastome a été étudiée. Une approche de CGH hautement résolutive, ciblée sur le locus de RB1, a été mise en place afin de caractériser le rôle des gènes contigus de RB1 dans ce syndrome. Ainsi, cette approche a permis de définir une zone à risque de retard psychomoteur que nous proposons comme seuil d'alerte pour le généticien. Cette zone définit un gène, PCDH8 d'expression cérébrale exclusive, comme un excellent candidat au retard psychomoteur. Enfin, troisièmement, une approche " gène candidat " reposant sur l'étude du SNP309 du promoteur de MDM2, a été mise en œuvre.

Le rétinoblastome, un cancer pédiatrique de la rétine en développement, est la tumeur intraoculaire la plus fréquente chez l’enfant et représente environ 4 % de tous les cancers infantiles. Bien qu'il s'agisse d'une maladie rare, l'hôpital Curie (centre de référence pour le rétinoblastome en France) accueille environ 50 à 60 nouveaux patients chaque année. Notre groupe a précédemment caractérisé deux sous-types de rétinoblastomes. Les tumeurs de type « cone-like » ou sous-type 1 sont plutôt différenciées et homogènes, présentent une surexpression des gènes liés aux cellules cônes (photorécepteurs) de la rétine, sont diagnostiquées cliniquement plus tôt et regroupent la majorité des formes héréditaires et bilatérales. Les tumeurs « mixed-type » ou sous-type 2, présentent une hétérogénéité intra-tumorale et une surexpression des gènes liés aux cellules des cônes et des cellules ganglionnaires de la rétine, sont enrichies en patients unilatéraux qui sont diagnostiqués cliniquement à des âges plus avancés. Nous avons caractérisé le paysage moléculaire et génomique de 102 rétinoblastomes provenant de trois institutions : l'Institut Curie (France), l'Hôpital Garrahan (Argentine) et l'Hôpital Sant Joan de Déu (Espagne). Le développement d'une signature de méthylation par pyroséquençage pour la classification des échantillons nous a permis d'élargir nos échantillons classés, d'une première série de 72 à notre dernière série de 102 tumeurs. L'analyse du paysage mutationnel de notre série a révélé que les tumeurs du sous-type 2 avaient plus de mutations somatiques par échantillon que les tumeurs du sous-type 1. De plus les gènes BCOR et ARID1A étaient les deux seuls gènes mutés de manière récurrente, et identifiés uniquement dans le sous-type 2. En divisant notre cohorte de tumeurs en sous-type 1 et 2, la distribution des mutations le long de RB1 était significativement différente. Par ailleurs, nous avons identifié une région de la protéine RB1 (dans le Domaine A) enrichie en mutations provenant des tumeurs du sous-type 2, avec très peu de mutations du sous-type 1. En plus, nous avons caractérisé deux événements récurrents de fusion chromosomique perturbant le gène DACH1. Les tumeurs de sous-type 2 sont caractérisées par une surexpression de TFF1, non exprimée dans la rétine normale. L'analyse par immunohistochimie de TFF1 dans des tumeurs localement invasives provenant de l'hôpital Garrahan a révélé la présence de cellules TFF1+ envahissant la région rétrolaminaire du nerf optique. Nous avons exploré un possible rôle oncogène de TFF1 dans le rétinoblastome lié à la survie cellulaire, à la migration cellulaire et à l'invasion cellulaire, qui n'a finalement pas été mis en évidence in vitro. Le sous-type moléculaire 2 regroupe les tumeurs MYCN amplifiées et les tumeurs avec une activation de la voie de signalisation MYC et des gènes cibles de MYC. L'utilisation de JQ1 et OTX015 (inhibiteurs des protéines BET) a fortement réduit la viabilité in vitro de lignées cellulaires de rétinoblastomes représentatives du sous-type 2, avec une régulation négative significative du gène et de la protéine MYC/MYCN. Nos résultats préliminaires suggèrent une nouvelle piste thérapeutique par l'inhibition des protéines BET dans le rétinoblastome. Les modèles précliniques largement utilisés dans la recherche sur le rétinoblastome n'ont pas été caractérisés ou classés au niveau moléculaire. Nous avons utilisé la même approche que pour la classification des tumeurs primaires et avons constaté que la plupart des modèles cellulaires et PDX étudiés étaient classés dans le sous-type moléculaire 2 et partageaient des caractéristiques moléculaires, génomiques et protéiques trouvés dans les tumeurs primaires de ce sous-type moléculaire. En conclusion, nous avons pu caractériser de façon plus approfondie le sous-type 2 des rétinoblastomes, qui semble présenter un phénotype plus agressif et qui est le sous-type représenté dans les modèles précliniques analysés. / Retinoblastoma (RB) is a rare pediatric cancer of the developing retina that represents the most common intraocular tumor in children, and accounts for about 4% of all childhood cancers. Although being a rare disease, the Curie Hospital (the referral center for retinoblastoma in France) treats about 50-60 new patients each year. Our group has previously characterized two retinoblastoma subtypes. The cone-like or subtype 1 tumors rather differentiated and homogenous, presenting an overexpression of genes related to cone photoreceptor retinal cells, clinically diagnosed earlier and grouping the majority of hereditary and bilateral forms. The mixed-type or subtype 2 tumors, displaying an intra-tumoral heterogeneity and showing overexpression of genes related to cone and retinal ganglion cells, are enriched in unilateral patients clinically diagnosed at older ages. The general goal of my thesis was to extend the molecular characterization of these subtype 2 retinoblastomas. We characterized the molecular and genomic landscape of retinoblastoma in a series of 102 primary tumors, integrating samples from three institutions: the Curie Institute (France), the Garrahan Hospital (Argentina) and Sant Joan de Déu Hospital (Spain). The development of a pyrosequencing-based tool for sample classification allowed us to enlarge our classed samples, from an initial series of 72, to our final series of 102 tumors. Analysis of the mutational landscape in our series revealed that tumors from the subtype 2 had significantly more somatic mutations per sample than tumors from the subtype 1. Besides RB1 gene, BCOR and ARID1A where the only two recurrently mutated genes, and identified only in the subtype 2. Distribution of mutations alongside the RB1 gene has so far been analyzed in terms of a single group of retinoblastomas. When splitting our cohort in subtype 1 and subtype 2 tumors, the distribution of mutations was significantly different. Besides, we identified a region of the RB1 protein (in Domain A) enriched in mutations from tumors of the subtype 2, and devoid of mutations of the subtype 1. Besides somatic mutations, we characterized two recurrent chromosomal fusion events disrupting DACH1. Subtype 2 tumors are characterized by an overexpression of TFF1, not expressed in the normal retina. Immunohistochemical analysis of TFF1 in locally invasive tumors coming from the Garrahan Hospital revealed the presence of TFF1+ cells invading the retrolaminar region of the optic nerve. We then explored a possible oncogenic role of TFF1 in retinoblastoma related to cell survival, cell migration and cell invasion, which was not fully uncovered. Molecular subtype 2 regroups the MYCN amplified tumors and tumors with MYC signaling pathway activation and upregulation of hallmark MYC target genes. The use of JQ1 and OTX015 (BET bromodomains inhibitors) strongly reduced the viability in vitro of retinoblastoma cell lines representatives of the subtype 2, together with a significant MYC/MYCN gene and protein downregulation. We provided preliminary results to explore a new therapeutic avenue of BET protein inhibition in retinoblastoma. Preclinical models widely used in retinoblastoma research has not been characterized or classified at the molecular level. We have used the same approach as for primary human tumor’s classification, and found that most cellular and PDX models studied classed in the molecular subtype 2 and shared many of the molecular, genomic and protein characteristics found in primary tumors of this molecular subtype. Taken together, we have performed a deeper characterization of subtype 2 retinoblastomas, which seems to represent a more aggressive phenotype, and is the represented subtype in the preclinical models analyzed.

La photothérapie dynamique (PDT) consiste à injecter un photosensibilisateur (PSr) au patient, puis à illuminer sa tumeur. En présence d’oxygène, le PSr activé entraîne la formation d’oxygène singulet cytotoxique. Nos collaborateurs à l’Institut Curie ont synthétisé des dérivés porphyriniques glycoconjugués(TPP) pour traiter le rétinoblastome par PDT.Des études de caractérisation de ces TPP in vitro ont montré une internalisation dans la cellule par voie passive. C’est dans ce contexte que nous avons analysé l’interaction de certaines TPP avec les lipides membranaires.Dans un premier temps, cette interaction a été étudiée par une approche chromatographique sur des colonnes C18/C8, PolarTec, HILIC et IAM. Nous avons démontré une variation de l’interaction selon la structure des TPP. Par la suite, nous avons mis en évidence par DSC, les changements d’organisation de bicouches phospholipidiques produits par deux TPP d’intérêt, et déterminé par FTIR-ATR, la localisation de la perturbation au niveau des têtespolaires ou des chaines aliphatiques des lipides.Cette approche a été poursuivie par l’évaluation de la localisation des TPP à l’échelle cellulaire,par microspectroscopie IR couplée au rayonnement synchrotron. Une discrimination des TPP a été mise en évidence par des outils chimiométriques pour les cellules Y79, mais pas pour les lignées WERI-Rb1 ni ARPE-19. Afin de développer un modèle membranaire artificielde rétinoblastome, nous avons réalisé par spectrométrie de masse (Orbitrap) une analyse lipidomique approfondie des phospholipides des membranes plasmiques et mitochondriales des lignées Y79 et ARPE-19,. Nous avons analysé les propriétés visco-élastiques des extraits membranaires et proposé un modèle artificiel complexe mimant au moins partiellement ces propriétés. Ce modèle pourrait permettre le criblage in vitro des TPP. / Photodynamic therapy (PDT) is atreatment modality in which a photosensitizer(PSr) is injected to a patient. Then the tumor isilluminated with a laser. The excited PSrinduces the production of cytoxic singletoxygen. Our collaborators at the Institut Curiehave synthesized glycoconjugated tetraphenylporphyrins(TPP) for the treatment ofretinoblastoma by PDT. These compoundswere characterized in vitro and studies showedthat the most promising porphyrin crossed thecell membrane by passive transport. It is in thiscontext that this research was developed: theobjective was to study the interaction of aseries of porphyrins with membrane lipids.Firstly, porphyrin interaction with lipids wasstudied by a chromatographic approach onC18/C8, PolarTec, HILIC and IAM columns.Results showed a variation in the interactionaccording to porphyrin structures.Then, we demonstrated the effect of two TPPson phospholipid bilayers organization by DSC,and determined the localization of thisinteraction (polar heads or lipid aliphaticchains) by FTIR-ATR. The effect of TPPs onlipids and proteins was studied at the cellularlevel by IR microspectroscopy coupled withsynchrotron radiation. A discrimination ofporphyrins could be made by chemometrictools for Y79 cells but not for WERI-Rb1 norARPE-19 ones. In order to develop an artificialmembrane model, we performed lipidomicanalysis by mass spectrometry (Orbitrap) ofplasma and mitochondrial lipid membranes ofY79 and ARPE-19 cells. We determined theviscoelastic properties of lipid extracts andproposed an artificial lipid model partiallymimicking these viscoelastic properties. Thismodel could allow TPP screening in vitro.

La complexité des membranes biologiques est à l'origine du développement des modèles membranaires artificiels comme outils indispensables à la compréhension des mécanismes d'interaction entre médicaments et membrane cellulaire. Cette thèse porte sur l'étude des interactions non spécifiques et spécifiques entre de nouvelles porphyrines glycoconjuguées utilisables en thérapie photodynamique (PDT) et des modèles membranaires biomimétiques (monocouches, bicouches planes supportées et liposomes) du rétinoblastome portant à leur surface une lectine spécifique du mannose. Les principales techniques utilisées pour cette étude sont la tensiométrie de surface, la spectrométrie de fluorescence, la microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation (QCM-D) et diffusion quasi-élastique de lumière (DLS). Les porphyrines glycoconjuguées se sont avérées comme des molécules prometteuses, capables à interagir d'une manière non spécifique (pénétration passive) et spécifique (ciblage des récepteurs de type lectinique) avec les modèles membranaires du rétinoblastome.