Ce travail concerne le développement d’un système de vectorisation nanoparticulaire pour l’interférence ARN, constituant une nouvelle proposition thérapeutique applicable à des pathologies virales ou tumorales, et possiblement complémentaire aux traitements existants. La vectorisation de siRNA est ici basée sur l’enrobage multicouche de nanoparticules de phosphate de calcium, la multicouche étant constituée de dépôts alternés de PEI modifié et de siRNA. Ce système permet d’obtenir une efficacité de transfection des cellulaires cibles supérieure à celle des procédés conventionnels et une rémanence fonctionnelle in vitro jusqu’à neuf jours. Les résultats d’interférence ARN obtenus ont permis notamment d’inhiber l’infection par le virus de l’hépatite C jusqu’à 99,95%, l’inhibition de l’expression d’une protéine intrinsèque jusqu’à90,5%, et le ralentissement de la croissance cellulaire dans un modèle 3D mimant une tumeur hépatique jusqu’à 46,5%. Ces nanoparticules pourraient présenter un intérêt majeur, en offrant une action à long terme et en résolvant la plupart des difficultés rencontrées en utilisant des siRNA en thérapie. / This work concerns the development of a nanoparticle vector system for RNA interference,constituting a new therapeutic option applicable to viral and tumor pathologies,and possibly complementary to existing treatments.siRNA vectorisation is here based on multi layer coating of alcium phosphate nanoparticles,the multi layer being constituted of alternate coatings of modified PEI and siRNA.This system triggers a better transfection efficiency of target cells than classic techniques,as well as a functional persistence up to 9 days in vitro.RNA interference results using CPnp allowed inhibition of hepatitis C virus infection up to 99.95%,of intrinsic protein expression up to 90.5%,and of cell growth in a 3 D model mimicking an hepatic tumor up to 46.5%.These nanoparticles could be of major interest,by offering a long term action,and resolving most of the issues found in the use of siRNA in therapy.

Les « cell penetrating peptides » (CPPs) sont des vecteurs peptidiques capables de délivrer diverses molécules (acides nucléiques, protéines, peptides, petites molécules, etc.) à l'intérieur des cellules de mammifères. Notre laboratoire a élaboré le vecteur amphipatique secondaire CADY capable de transporter, indépendamment de toute voie d'endocytose, des molécules thérapeutiques telles que les petits ARN interférents (siRNA). En effet, leur potentiel thérapeutique réside dans leur capacité à inhiber de manière spécifique l'expression de protéines dérégulées dans un cadre pathologique.Le sujet de ma thèse s'est centré sur la caractérisation et l'optimisation des complexes CADY/siRNA. Au cours de mes travaux, nous avons pu mettre en évidence que CADY adoptait une structure en hélice alpha en présence du siRNA ce qui conduit à la formation des nanoparticules. Notre étude a eu pour but d'optimiser la séquence de CADY et de contrôler sa formulation pour permettre le transfert de notre système de vectorisation d'une application in cellulo à une application in vivo. En premier lieu, nous avons mené une étude de relations structure-activité avec six peptides analogues de CADY, en réalisant des mutations sur les résidus tryptophanes (PSF1, PSF2, PSF3 et PSW) et sur la zone initiatrice de l'hélice alpha (PG9, PG16). L'analyse approfondie de ces analogues a permis de confirmer que la limitation du caractère amphipathique et du polymorphisme structural des vecteurs conduisaient à une réduction de l'efficacité d'internalisation. Parmi les 6 analogues, seules les nanoparticules à base de PG9 et PG16 présentent des résultats in cellulo comparables à ceux obtenus avec les nanoparticules CADY/siRNA. A ce jour, la séquence primaire de CADY étant la plus adaptée pour la transfection de siRNA, nous avons établi une procédure de formulation standardisée permettant un autoassemblage CADY/siRNA reproductible et homogène, dont la taille moyenne est de 106 ± 31 nm et l'indice de polydispersité de 0,357 ± 0,053. De plus, nous avons mis en place une procédure d'extrusion/lyophilisation afin de stocker les nanoparticules sous forme de poudre. Celle-ci peut être resuspendue en milieu aqueux sans modifications des propriétés colloïdales des nanoparticules ni de leur capacité de transfection.Dans le but d'améliorer la spécificité tissulaire et la biodisponibilité des nanoparticules CADY/siRNA pour une application in vivo, nous avons greffé des motifs de ciblage (YIGSR-S) et de furtivité (PEG) sur la séquence de CADY. L'ajout de ces deux entités, de natures très différentes, ne modifie que faiblement les caractéristiques physico-chimiques (ex. taille moyenne des complexes) et biologiques (transfection cellulaire) des nanoparticules. Ces résultats sont très encourageants pour le développement de nanoparticules dites de 3ème génération, sur lesquelles on peut greffer plusieurs sortes de molécules d'intérêts (ciblage, polymère, agent de contraste etc.).L'ensemble des résultats obtenus au cours de ma thèse marque un réel progrès dans l'optimisation de la formulation du vecteur CADY, et nous incitent à exploiter davantage son potentiel pour le transfert de siRNA in vivo. / Cell penetrating peptides (CPPs) are short peptides that can enter many cell types and transduce into cells a wide range of molecular therapeutics (nucleic acid, proteins, peptides, small molecules, etc.). Our laboratory has developed the secondary amphipathic peptide CADY able to promote the transport of small interfering RNA (siRNA) independently of all endocytotic pathways. Indeed, siRNA therapeutic interest lies on its ability to inhibit specifically deregulated proteins in the context of pathology. The subject of my thesis focused on the characterization and optimization of CADY/siRNA complexes. During my work, we have been able to show that CADY adopts a helical structure while interacting with the siRNA leading to the formation of nanoparticles. The goal of my study was to optimize CADY sequence and control its formulation to consider the transferring from an in cellulo to an in vivo application of our vectorization system. First, we conducted a structure-activity study with six analogues by mutating CADY on tryptophane residues (PSF1, 2, 3 and PSW) and in the area initializing helical structure (PG9, PG16). A thorough analysis of these analogues has confirmed that the limitation of the amphipathic character and structural polymorphism is directly related to the reduction of internalization efficiency of our CPPs. Among the six analogues, only PG16/siRNA and PG9/siRNA nanoparticles show in cellulo results equal to those obtained with CADY/siRNA. Based on the fact, that CADY is the most suitable vector for the transfection of therapeutic molecules such as siRNA, we have established a standard formulation procedure to obtain reproducible and homogeneous CADY/siRNA complexes with an average size of 106 ± 31 nm and a polydispersity index of 0.357 ± 0.053. In addition, we have implemented an extrusion/lyophilization step to allow nanoparticle storage as powder, which can be re-suspended in an aqueous solution without losing their colloidal and transfection properties.In order to improve tissue specificity and bioavailability of CADY/siRNA nanoparticles for an in vivo application, we have grafted ether a targeting sequence (YIGSR-S) or a stealth motif (PEG) to the CADY sequence. These two entities of very different nature provoke only few changes in the physicochemical (e.g. average size) and biological (cell transfection) characteristics of the nanoparticles formed with a siRNA. These results are very encouraging for the development of the so-called 3rd nanoparticle generation which includes several kinds of molecules (targeting, polymer, contrast agent etc.).These outcomes mark the real progress in CADY formulation optimization, and encourage us to further exploit its potential for the in vivo transfer of siRNA.

Weltweit hat das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) unter den Krebserkrankungen die schlechteste Prognose. Aufgrund der unspezifischen Symptome wird die Erkrankung meist erst in einem lokal fortgeschrittenem Stadium diagnostiziert, wenn eine kurative Tumorresektion nicht mehr möglich ist und es bereits zur Metastasierung gekommen ist. Trotz intensiver klinischer Forschung wird mit bisherigen Therapieansätzen wie zum Beispiel Gemcitabin (auch in Kombination mit nab-Paclitaxel) nur eine geringfügige Verbesserung des medianen Überlebens erzielt. Diese Therapieresistenz gegenüber Gemcitabin wurde in in vitro Versuchen mit verschiedenen humanen PDAC-Zelllinien bestätigt. Die zusätzlich behandelte nichttumorigene Pankreasdukt-Zelllinie HDPE-E6E7 zeigte hingegen eine starke Sensitivität gegenüber dem Chemotherapeutikum. Ursächlich beteiligt an der generellen Resistenz dieser Tumore gegenüber Chemo- und Strahlentherapie sind verschiedene Apoptose-Evasionsmechanismen. Diese sind vor allem durch ein Ungleichgewicht pro- und antiapoptotischer Faktoren bedingt (Lowe 2004). Zusätzlich fördern KRAS-Mutationen, die nahezu universell in allen PDACs vorliegen, die Proliferation der Tumorzellen und unterstützen die Apoptose-Dysregulation durch eine verstärkte Expression antiapoptotischer Proteine. Nach umfangreichen Literaturrecherchen (Werner 2011a, Werner 2011b) wurden verschiedenste PDAC-Zelllinien hinsichtlich ihrer Expression von Apoptose-assoziierten Genen analysiert. Untersucht wurden diesbezüglich verschiedene humane PDAC-Zelllinien, aber auch Primärzellkulturen (PaCaDD-Zellen), die in unserem Labor per Outgrowth-Methode aus Patiententumorgewebe etabliert wurden. Ergänzend wurden murine Zelllinien analysiert, die aus einem genetischen PDAC-Mausmodell (KRASG12D; P53R172H; PDX1 CRE) stammen. Normiert bezüglich der Expression der HDPE-E6E7-Zellen wurde eine vielfältige, sehr heterogene Dysregulation von verschiedenen, mit der Apoptose assoziierten Proteinen festgestellt. Per siRNA-basiertem Knockdown wurden verschiedene Kandidatengene hinsichtlich ihrer funktionellen Bedeutung für die Zellproliferation und Apoptose-Induktion näher charakterisiert. In einem dynamischen Prozess wurde eine multimodale Therapie entwickelt, bei der fünf antiapoptotische Zielgene (BCLXL, FLIP, MCL1L, SURVIVIN und XIAP) kombiniert mit KRAS als zentralem Onkogen simultan in ihrer Expression inhibiert wurden. Ziel war es, hierdurch sowohl die extrinsische als auch intrinsische Apoptose zu normalisieren und eine möglicherweise durch Caspase-Inhibitoren blockierte Signaltransduktion zu ermöglichen. Ein zusätzlicher Knockdown von KRAS sollte einer Gegenregulierung dieser Therapie vorbeugen und die gesteigerte Proliferation der Tumorzellen unterbinden. Dieser so genannte SGS6-Therapieansatz zeigte in vitro in allen fünf getesteten humanen sowie in zwei murinen Zelllinien eine starke Apoptose-Induktion und Verminderung der Zellzahl. Durch Zweit-siRNAs wurde die spezifische Wirksamkeit der Knockdowns bestätigt und zelluläre off-target-Effekte wurden ausgeschlossen. Auch in vivo wurde in einem subkutanen Allograftmodell mit dem SGS6-Therapiekonzept eine starke Tumorreduktion erzielt. Die analoge Untersuchung der nichttumorösen Pankreasdukt-Zelllinie HDPE-E6E7 zeigte, dass die SGS6-Therapie deutlich spezifischer für die Krebszellen war verglichen zur Behandlung mit Gemcitabin.

Hintergrund: Connexine (Cx) spielen eine wichtige Rolle bei Wachstum und Differenzierung. Die Angiogenese ist an vielen physiologischen und pathologischen Prozessen beteiligt. Jedoch ist noch unklar, ob Connexine einen Einfluss auf die Angiogenese haben. Fragestellung; In dieser Arbeit sollte die Rolle endothelialer Connexine an der Angiogenese untersucht werden. Methoden: Venöse Zellen der menschlichen Nabelschnur (HUVEC) wurden kultiviert bis sie subkonfluent waren. Vor der 3D Kultur im Matrigel wurden die Zellen entweder mit Nicotin, dem Gap Junction Inhibitor Palmitoleinsäure (PA), einem siRNA-Knockdown von entweder Cx37, Cx40 oder Cx43 oder mit Isoprenalin behandelt. Die Zellen wurden dann auf ein in vitro Angiogenese-Assay (3D-Kultur, Matrigel) gegeben und nach 18h wurden unterschiedliche Angiogeneseparameter erhoben, um die Komplexität der Angiogenese zu beurteilen. Änderungen der Expression der Cx mRNA- und Proteinexpression sowie der Kommunikation über Gap Junctions wurden mittels PCR, Immunfluoreszenzmikroskopie, Western Blot und Lucifer Yellow Dye Transfer untersucht. Bei Gewebeproben der A. mammaria von Rauchern und Nichtrauchern wurden mittels Immunofluoreszenzmikroskopie die Expression der Cx beurteilt. Ergebnisse: Die Behandlung mit spezifischer siRNA führte zu einer signifikanten Abnahme der Expression des jeweiligen Connexins in den HUVECs. Sowohl der Knockdown als auch die Behandlung mit PA verringerte die Kommunikation über Gap Junctions signifikant und reduzierte die Anzahl der Abzweigungen im Angiogenese-Assay. Der Knockdown des Cx43 und Cx40 sowie die Behandlung mit PA reduzierten ebenfalls die Komplexität des Musters im Matrigel-Assay. Nicotin führte zu einer Reduktion der Cx43- und Cx37-Proteinexpression, wohingegen Cx40 durch transskriptionelle Gegenregulation konstant gehalten wurde, sowie zu einer Abnahme der Länge der Kapillar-ähnlichen-Strukturen, der Anzahl der Abzweigungen und des Musters im Matrigelassay, während die Anzahl der Zellen zunahm. Die mRNA-Expression der Connexine war hingegen erhöht. In Gewebeproben von Rauchern konnte analog eine verminderte Expression von Cx43 und Cx37, aber nicht von Cx40, in der Intima gezeigt werden. Isoprenalin erhöhte die Proteinexpression der endothelialen Connexine und verbesserte sowohl die interzelluläre Kommunikation als auch das Muster im Matrigel-Assay. Ebenso waren die Kapillar-ähnlichen Strukturen im Vergleich zur Kontrolle länger. Schlussfolgerung: Aus den erhobenen Ergebnissen lässt sich der Schluss ziehen, dass Connexine bei der Angiogenese involviert sind, vor allem beim Vorgang der Verzweigung. Dies kann teilweise die Veränderung erklären, die eine Nicotinbehandlung auf die Angiogenese hat.

La délivrance intracytoplasmique de petites molécules hydrophiles et de gènes (ADN, ARN) est un défi majeur pour l’industrie pharmaceutique, puisque ces composés sont incapables de franchir les membranes biologiques par eux-mêmes. L’utilisation de nanovecteurs lipidiques permet de surmonter les étapes d’instabilité sanguine du gène thérapeutique, de pénétration cellulaire et d’échappement endosomal. Nous reportons dans cette thèse l’élaboration de nouveaux vecteurs lipidiques pH-sensibles, basés sur une bascule moléculaire capable de changer de conformation et déstabiliser le nanovecteur après protonation à pH acide, favorisant ainsi l’échappement endosomal du fragile contenu thérapeutique. Ce mécanisme de pH-sensibilité est non reporté dans la littérature jusqu’alors. Dans un premier temps, l’élaboration de lipides bascules pH-sensibles non-cationiques destinés à la délivrance liposomale de principes actifs hydrophiles est reportée. Ce premier travail introduit les lipides bascules, valide l’implication de la bascule moléculaire pH-sensible et apporte une première preuve de concept in vitro de faisabilité. Dans un second temps est introduit l’utilisation de nouveaux lipides bascules cationiques pH-sensibles pour la thérapie génique (délivrance in vitro et in vivo de siRNA), validant encore une fois l’implication de la bascule moléculaire dans l’efficacité de délivrance intracytoplasmique des siRNA. A l’issue de cette thèse sont identifiés deux lipides bascules (2 et CSL3) capables d’être introduits dans des nanoparticules lipidiques pour la délivrance de drogues et de gènes respectivement. De telles formulations permettraient la délivrance intracytoplasmique de composés hydrophiles thérapeutiques (drogues, gènes) pour le traitement du cancer ou pour des applications d’édition génomique. / Intracytoplasmic delivery of small hydrophilic molecules and genes (DNA, RNA) is a major challenge for the pharmaceutical industry, since these compounds are unable to cross biological membranes by themselves. Use of lipid nanocarriers enables overcoming the stages of blood instability of the therapeutic gene, cellular penetration, and endosomal escape. In this thesis, we report the development of new pH-sensitive lipid carriers, based on a molecular switch capable of changing its conformation upon protonation and destabilizing the nanocarrier, thus favoring endosomal escape of the therapeutic content. This pH-sensitivity mechanism has not been reported in the literature to date. Firstly, we report the elaboration of non-cationic pH-sensitive switchable lipids for liposomal delivery of hydrophilic active ingredients. This initial work introduces switchable lipids, validates the involvement of the pH-sensitive molecular switch, and provides early evidence of in vitro concept feasibility. Secondly, we present the use of pH-sensitive cationic switchable lipids for gene therapy (siRNA delivery in vitro and in vivo), again validating the involvement of the molecular switch in the effectiveness of intracytoplasmic delivery of siRNA. The two lead compounds identified during this thesis (2 and CSL3) can be included into lipid nanoparticles for drug and gene delivery, respectively. Such formulations allow intracytoplasmic delivery of therapeutic hydrophilic compounds (drugs, genes) and could be used to treat diseases such as cancer or for genome editing applications.

L'interférence ARN est un processus biologique permettant la dégradation d'un ARN messager par un ARN double brin de courte taille spécifique de cet ARNm. Elle a un potentiel d'application en thérapie antivirale pour peu que les ARN interférents (ARNi) soient délivrés efficacement in vivo. Dans le genre Morbillivirus, on trouve des pathogènes importants en santé publique et vétérinaire tels que le virus de la rougeole et les virus de la peste des petits ruminants (PPR) et de la peste bovine. Il n'existe aucun traitement contre les infections à morbillivirus. L'objectif de ce travail était d'évaluer la possibilité d'administrer in vivo un ARNi actif contre le virus PPR in vitro. Une formulation basée sur des liposomes complexés avec des ARNi ou un adénovirus non réplicatif exprimant des ARN courts en tête d'épingle (shARN) ont été testés chez des chèvres dans un modèle d'épreuve infectieuse avec une souche virulente de PPR. Les différences observées n'étaient cependant pas significatives au plan statistique. Pour améliorer la délivrance par vecteur viral, nous avons comparé un autre vecteur de type baculovirus qui s'est avéré plus efficace in vitro que l'adénovirus précédent. Par ailleurs, nous avons testés in vitro également deux peptides capables de pénétrer dans les cellules. L'un d'entre eux, le Perfect 6 (PF6) a presque complètement inhibé l'expression du gène de la nucléoprotéine par le virus PPR. En revanche, l'autre (PF14) a été moins efficace mais a relativement mieux résisté à l'inhibition de son activité par la présence de fortes concentrations de sérum dans le milieu. Dans le but d'évaluer in vivo ces nouveaux systèmes de délivrance en s'affranchissant du modèle chèvre lourd et couteux à mettre en œuvre, nous avons initié une stratégie de mise au point d'un modèle non infectieux de suivi dynamique de l'interférence ARN chez la souris par imagerie in vivo. Dans ce travail, nous montrons qu'il est possible de mesurer et de standardiser l'expression d'un gène rapporteur comprenant une séquence du virus PPRV et ensuite de quantifier le niveau de dérégulation de l'expression induit par un ARNi dirigé contre le virus PPR. Après calibration, ce modèle est désormais pour tester différents systèmes de délivrance de siRNA chez la souris / RNA interference (RNAi) is the process of mRNA degradation that is induced by double-stranded RNA in a sequence-specific manner. RNAi has a potential of developing into an effective and specific antiviral therapy if small interfering RNAs (siRNAs) can be efficiently delivered in vivo. Morbillivirus genus includes important pathogens of humans and animals, which include measles virus, peste des petits ruminants virus (PPRV) and rinderpest virus. No treatment exists for morbillivirus diseases. The aim of this work was the in vivo delivery of siRNA against PPRV infection. The delivery of siRNA by a liposome and short hairpin RNA (shRNA) by means of a replication deficient adenovirus was tested in goats which were later challenged with PPRV. However, significant therapeutic effects were not obtained. To find more efficient vectors, the PPRV inhibition efficiency of recombinant replication deficient adenovirus and a baculovirus expressing shRNA against nucleoprotein of PPRV were compared in vitro. The baculoviral vector was found to be more efficient. Similarly, two cell penetrating peptides (CPPs) were also compared and PepFect6 (PF6) could deliver siRNA NPPRV1 effectively in vitro resulting in an almost complete inhibition of N gene expression by PPRV. Another CPP, the PF14 though with lower transfection efficiency in vitro, was found to be relatively serum resistant compared to PF6. A small animal model for PPRV infection does not exist. Due to economic, ethical, and biosecurity issues involved with use of small ruminants, a strategy based on the use of a non-infectious mouse model and a dynamic follow up of siRNA treatment by live imaging was developed. We show in this work that it is possible to measure and standardize the expression of a bioluminescent reporter gene containing a PPRV sequence and thus, to quantify a down-regulation of such gene by siRNA against PPRV. After some calibration, siRNA delivery can now be tested in this mouse model for comparing various delivery vectors in vivo.

Le cancer papillaire de la thyroïde (PTC) est celui le plus fréquent de la thyroïde. Il est caractérisé par des réarrangements chromosomique affectant le gène RET, dont les plus fréquemment observés sont RET/PTC1 et RET/PTC3. Les oncogène de jonction sont spécifiques à la tumeur et représentent une cible privilégiée pour une thérapie ciblée par des petits ARN interférents (siRNA). Notre but est d’introduire une nouvelle approche pharmacologique par siRNA pour les PTC. Pour réaliser nos expériences, la lignée cellulaire humaine PTC, BHP10-3 SCmice exprimant l’oncogène RET/PTC1 a été utilisé. En absence de lignée RET/PTC3 commercialisée nous avons établi la lignée cellulaire RP3 (stablement transfecté la lignée NIH/3T3 issue de fibroblastes de souris par un vecteur d’expression RET/PTC3) qui s’est avérée tumorigène chez la souris. Ensuite, des siRNAs dirigés contre la jonction ont été dessinés. Les siRNAs ont été trouvés efficaces et spécifiques contre leurs propres oncogènes de jonction et ne sont pas capables d'inhiber l'expression de séquences alternées. Les siRNAs ont été vectorisés sous forme de nanoparticules (NPs) de squalène (SQ). In vitro, les NPs siRNA RET/PTC1-SQ et NPs siRNA RET/PTC3-SQ sont incapables d’inhiber l’expression de l’oncogène et l’oncoprotéine sauf transfectés par lipofectamine. Pour cela, un peptide, le GALA-Chol a été combiné aux NPs siRNA RET/PTC1-SQ ce qui les a rendu efficace in vitro dans l’inhibition de l’oncogène et de l’oncoprotéine mais inefficace sur la croissance tumorale in vivo probablement par agrégation des NPs siRNA RET/PTC1-SQ GALA-Chol dans la circulation sanguine. En revanche les NPs siRNA RET/PTC1-SQ (0.5mg/kg/souris) et NPs siRNA RET/PTC3-SQ (2.5mg/kg/souris) sont efficaces in vivo, ils inhibent considérablement la croissance tumorale, réduisent l’expression des oncogènes et des oncoprotéines RET/PTCs, induisent la mort cellulaire par clivage de la caspase-3 et de PARP-1 et restaurent partiellement la différenciation (diminution de marqueur Ki67). Ces résultats suggèrent l'utilisation des NPs siRNAs-SQ en tant que traitement pour les patients atteints de PTC exprimant les oncogènes de jonctions RET/PTCs. / Papillary thyroid carcinoma (PTC) is the most common of thyroid cancers. PTC is characterized by chromosomal rearrangements affecting chromosome 10 and leading to RET/PTC junction oncogenes. The most frequent ones are RET/PTC1 and RET/PTC3. Because the junction oncogenes are present only in the tumour cells, they represent a good target for a specific therapy such as small interfering RNA (siRNA). Our aim is to introduce a new pharmacological approach by siRNA for PTC. To perform the experiments, human BHP10-3 SCmice cell line expressing RET/PTC1 was used. Due to absence of commercially available RET/PTC3 cell line, we established a new RP3 cell line (from NIH/3T3 mouse fibroblasts, transfected stably with the RET/PTC3 expression vector) which was found to become tumorigenic in nude mice. siRNAs were designed within the junction sequences of both RET/PTC1 and RET/PTC3. Both siRNAs were found efficient and specific against their own junction oncogenes and were not able to inhibit the expression of alternate sequences. Then, siRNAs were vectorized in the form of nanoparticles (NPs) of squalene (SQ). In vitro, both siRNA RET/PTC1-SQ NPs and siRNA RET/PTC3-SQ NPs were found to be inefficient in gene and protein inhibitions except once transfected with lipofectamine. Therefore, a peptide GALA-Chol was added in siRNA RET/PTC1-SQ NPs which rendered them efficient in vitro in gene and protein inhibitions but found to be inefficient in vivo. The nanoparticles of siRNA RET/PTC1-SQ NPs (0.5 mg/kg/mouse) and siRNA RET/PTC3-SQ NPs (2.5 mg/kg/mouse) were found to drastically reduce the tumor growth and RET/PTCs oncogene and oncoprotein expressions. Moreover, they induced cell death by cleavage of both caspase-3 and PARP-1 and partially restored differentiation (decrease of Ki67 marker). Our findings highly support the use of siRNAs-SQ NPs as a treatment for patients affected by PTC expressing RET/PTCs.

Le cancer papillaire de la thyroïde (PTC) représente 70-80% des cas de cancers de la thyroïde. Il est principalement caractérisé par des réarrangements chromosomiques affectant le gène RET. Le réarrangement RET/PTC1, dans lequel RET est réarrangé avec un gène proapoptotique H4, représente 30% des cas sporadiques et jusqu’à 60% des cas survenus après irradiation. Afin d’inhiber l’oncogène de fusion RET/PTC1, nous avons utilisé un siRNA ciblant la zone de jonction RET/PTC1 (siRNA RET/PTC1) au niveau de l’ARN messager des cellules tumorales et montré sa spécificité et son efficacité. Néanmoins, le développement des siRNAs comme molécule d’intérêt thérapeutique se heurte in vivo à des difficultés liées à leur administration. Sous forme libre, ces molécules sont, en effet, très vite dégradées par les nucléases extracellulaires et leur pénétration intracellulaire est limitée. C’est la raison pour laquelle il est nécessaire de les vectoriser. Nous avons choisi de le faire par la méthode de « squalénisation » et avons couplé d’une manière covalente le squalène, un lipide naturel précurseur de la biosynthèse du cholestérol, au siRNA RET/PTC1. Le bioconjugué formé s’autoassemble spontanément en milieu aqueux sous forme de nanoparticules stables de 170 nm de diamètre. L’efficacité et la toxicité des nanoparticules siRNA RET/PTC1-squalène ont été étudiées in vitro dans deux lignées de PTC exprimant RET/PTC1 (BHP10-3 et TPC-1) et l’activité antitumorale a été évaluée in vivo sur des souris athymiques xénogreffées par BHP10-3 puis traitées en i.v. par ces nanoparticules. Les nanoparticules siRNA RET/PTC1-squalène ont montré une bonne efficacité antitumorale. En revanche, aucune activité inhibitrice n’a été retrouvée in vitro. En conclusion, nous avons réussi à vectoriser le siRNA RET/PTC1 par la méthode de squalénisation. Cette étude ouvre des perspectives thérapeutiques pour certains patients atteints de PTC et réfractaires au traitement conventionnel. / The papillary thyroid carcinoma (PTC) is the most common type of thyroid malignancy. This tumour is associated with somatic mutations of the RET proto-oncogene, due to gene rearrangements of the proto-RET. RET/PTC1 rearrangement is the most common genetic alteration identified to date, it is formed by an intra chromosomic rearrangement which leads to the juxtaposition of the RET Tyrosine Kinase domain of the proto-RET with the gene H4. The fusion RET/PTC1 oncogene represents an interesting target for small interfering RNA (siRNA) strategies since it is present only in the tumour cells and not in the surrounding normal cells. However, the biological efficacy of the siRNAs is hampered by their short plasma half-life due to poor stability in biological fluids and low intracellular penetration. In order to protect siRNA from degradation, and to improve their intracellular capture, we applied the concept of “squalenoylation”, ie. The bioconjugation of a drug substance to squalene, for the delivery of siRNA targeted toward the RET/PTC1 fusion oncogene. The acyclic isoprenoid chain of squalene was covalently coupled with RET/PTC1 siRNA at the 3’-terminus of the sense strand via a stable thioether linkage. The linkage of RET/PTC1 siRNA to squalene leads to an amphiphilic molecule that self-organise in water as RET/PTC1 siRNA-SQ nanoassemblies of 170 nm and Zeta potential of -26.4 mV. These RET/PTC1 siRNA-SQ NPs did not showed any cytotoxicity in vitro. Interestingly, in vivo, in a mouse xenografted RET/PTC1 experimental model, RET/PTC1 siRNA-SQ nanoparticles inhibited tumour growth, RET/PTC1 oncogene and oncoprotein expression, after intravenous injections of 2.5 mg/kg cumulative dose. In the last of this work, GALA-cholesterol combination with siRNA-SQ NPs further enhanced nucleic acid internalization, promoted their escape into the cytosol and consequently their gene silencing efficiency in vitro. In conclusion, these results showed that the “squalenoylation” offers a new non cationic plate-form for the siRNA delivery.

A proteína APE1 (do inglêsApurinic/Apyrimidinicendonuclease 1/ Redox Factor-1 - APE1/REF-1) é uma enzima multifuncional, cuja expressão encontra-se frequentemente aumentada em gliomas. Além de apresentar atividade no reparo por excisão de base (BER), o gene APE1 também atua como fator de redução, mantendo fatores de transcrição (FTs) em um estado reduzido ativo. A via BER de reparo do DNA tem sido apontada como um possível fator de resistência a terapias baseadas no uso de agentes alquilantes, tais como temozolomida (TMZ). No presente trabalho, utilizou-se a estratégia de inibição da transcrição do gene APE1 pelo método de RNA interferente(siRNA) e tratamento com a droga TMZ nas células de glioblastoma (GBM), T98G (resistente à TMZ) e U87MG (sensível à TMZ), a fim de verificar a influência do silenciamento do gene APE1 sobre as respostas celulares à droga avaliadas por vários ensaios, bem como os efeitos sobre a expressão transcricional dos genes alvos dos FTs regulados por APE1. O silenciamento de APE1 e o tratamento das células T98G com a TMZ foram eficazes no sentido de reduzir a proliferação e a capacidade clonogênica, além de intervir na progressão do ciclo celular com bloqueio na fase S. Tais efeitos foram acompanhados pelo aumento da indução de danos no DNA e da expressão de H2AX fosforilada (H2AX), o que justifica a queda na sobrevivência celular. O mesmo efeito não foi observado nas células U87MG silenciadas para APE1 e tratadas com a TMZ, havendo o predomínio dos efeitos causados pela TMZ, exceto por uma leve indução de danos no DNA e de H2AX. Adicionalmente, nas células T98G silenciadas e tratadas, verificou-se uma moderada indução de apoptose, que foi observada ao longo dos tempos avaliados (1 a 10 dias), com uma leve indução de caspase-3 (5 dias); nessas células, observou-se também a indução (3,8 vezes) de morte celular autofágica (5 dias). Entretanto, nas células U87MG,a indução de apoptose foi baixa e não houve indução de morte por autofagia, sugerindo outros mecanismos de morte envolvidos na eliminação dessas células em resposta ao tratamento com a TMZ. O silenciamento de APE1 causou uma redução acentuada na invasão das células T98G, de forma similar à observada nas células somente tratadas com a TMZ, sendo que a combinação (silenciamento de APE1 e tratamento com a droga) resultou em um efeito aditivo, enquanto que nas células U87MG a combinação foi eficaz no sentido de reduzir a proporção de células invasivas, fato não observado nas condições isoladas. Os genes COX2 e VEGF, alvos dos FT NFB e HIF-1 (regulados por APE1) foram reprimidos nas células T98G enquanto que o gene VEGF foi induzido nas células U87MG, entretanto, tais alterações no padrão de expressão transcricional foram observadas somente em resposta ao tratamento com a TMZ, independentemente do silenciamento de APE1, indicando nenhuma mudança na atividade redox de APE1, possivelmente pela existência de proteínas APE1 remanescentes na célula. Além disso, a expressão proteica de NFBp65(ser563) foi aumentada em ambas as linhagens silenciadas e tratadas com a TMZ, provavelmente devido à inibição da proliferação celular. Em geral, os resultados do presente trabalho demonstraram que a estratégia de inibição do gene APE1 (participante da via BER) mostrou-se potencialmente viável, suportando a contribuição do BER na resistência à TMZ, visto que nas condições testadas, observou-se uma sensibilização das células de GBM, com efeito restrito às células de GBM resistentes (linhagem T98G), sendo pouco eficaz no sentido de sensibilizar as células sensíveis (linhagem U87MG) a esse agente. Assim, há que considerar as características genéticas de cada linhagem de GBM, visto que estas são cruciais para as respostas apresentadas pelas células aos tratamentos empregados. / APE1 (Apurinic/Apyrimidinic endonuclease 1/ Redox Factor-1 - APE1/REF-1) protein is a multifunctional enzyme whose expression is often increased in gliomas. Besides presenting activity in base excision repair (BER), APE1 also acts as a reduction factor, maintaining transcription factors (TFs) in an active reduced state. The BER pathway has been implicated as a possible factor of resistance to therapies based on the use of alkylating agents such as temozolomide (TMZ). In the present study, we have been using a strategy of small interference RNA (siRNA) to down-regulate the APE1 gene under conditions of treatment with TMZ in T98G (resistant to TMZ) and U87MG (sensitive to TMZ), glioblastoma (GBM), in order to determine the effects of APE1 gene silencing on cellular responses to this drug, evaluated by several assays, as well as the effects on the transcriptional expression of target genes of TFs regulated by APE1. APE1 silencing and TMZ treatment was effective to reduce the cell proliferation and clonogenic capacity of T98G cells, in addition to interfering in the cell cycle progression (S-phase arrest). These effects were accompanied by induction of DNA damage and phosphorylation of H2AX (H2AX), which may explain the decrease in cell survival. The same effect was not observed in silenced U87MG and TMZ-treated cells, being observed a predominance of the effects caused by TMZ itself, except for a slight induction of DNA damage and H2AX. Additionally, in silenced T98G and TMZ-treated cells, there was a moderate induction of apoptosis, as observed over time (1 to 10 days), with a slight induction of caspase-3 (on day 5); for those cells, we also observed autophagic induction (3.8 fold) at day 5. However, the induction of apoptosis and autophagy in U87MG cells was very low, suggesting that other mechanisms of cell death might be involved in the elimination of GBM cells under TMZ treatment. APE1 silencing caused a marked reduction on the invasiveness of T98G cells, similarly to that observed in TMZ treated cells, while the combination (APE1 silencing and drug treatment) led to an additive effect. For U87MG, the treatment combination was effective in reducing the proportion of invasive cells, in spite of an absence of any effect produced by each isolated condition tested. Regarding to the expression profile of target genes of TFs regulated by the APE1 redox activity, it was observed that COX2 and VEGF genes, targets of FTs NFB and HIF-1, were down-regulated in T98G while VEGF gene showed induced in U87MG cells; however, such alterations in the transcriptional expression pattern were observed only in response to TMZ treatment, independently of APE1 gene silencing, indicating no change in the APE1 redox activity, possibly due to the presence of APE1 remaining proteins inside cells. In addition, NFBp65(ser563) protein expression was increased in both cell lines (silenced and treated with TMZ), probably due to the reduced cell proliferation rates. In general, the present results show that the strategy of APE1 gene knockdown was potentially viable, supporting the BER contribution of the mechanism of TMZ resistance, since under the conditions tested, there was a sensitization of GBM cells. However, this effect was restricted to the resistant cell line (T98G cells). Thus, it should be considered the genetic characteristics of each GBM cell line, since these are crucial to the cellular responses to the conditions tested in the present work.

Introdução O sistema dos fatores de crescimento semelhantes à insulina (IGF) desempenha importante papel no crescimento e desenvolvimento celular normal. Hiperexpressão do gene IGF1R tem sido demonstrada em diversos tumores, sugerindo que a expressão deste receptor represente um pré-requisito fundamental para transformação celular. Nosso grupo de pesquisa demonstrou o aumento de expressão de IGF1R em tumores adrenocorticais pediátricos. Objetivos: Induzir o silenciamento do gene IGF1R por siRNA na linhagem de tumor adrenocortical humano NCI H295R, bem como avaliar os efeitos in vitro por meio da análise de proliferação celular e apoptose desta linhagem celular. Adicionalmente, avaliar a expressão de IGF-1R e de microRNAs relacionados a sua transcrição em tumores adrenocorticais humanos. Pacientes e métodos: A linhagem celular de carcinoma adrenocortical humano NCI H295R foi cultivada e submetida ao tratamento com 2 siRNAs específicos para IGF-1R. Todos os experimentos foram realizados em quatro grupos: (1) células não tratadas com siRNA, (2) células tratadas com siRNA # 1, (3) células tratadas com siRNA # 2 e (4) células tratadas com o siRNA controle negativo. A expressão gênica e proteica de IGF-1R foram determinadas por meio das técnicas de PCR em tempo real e Western Blot, respectivamente. Os efeitos do silenciamento de IGF-1R in vitro foram avaliados por ensaios de proliferação celular e análise de atividade de caspases. Além disso, 202 pacientes com tumor adrenocortical foram selecionados para o estudo de expressão proteica de IGF-1R por imunohistoquímica. Para avaliação de expressão de microRNAs relacionados à expressão de IGF-1R (miR-100, 375, 145 e 126) por PCR em tempo real foram selecionados 32 pacientes dos 202 disponíveis. Resultados: A expressão de IGF-1R foi significantemente diminuída nas células tratadas com siRNA # 1 e siRNA # 2. Os valores relativos de RNA mensageiro de IGF1R diminuíram aproximadamente 50% e as análises de Western Blot revelaram uma redução de 30% na proteína de IGF-1R. A diminuição de expressão foi acompanhada por uma redução de 40% na taxa de crescimento celular in vitro e um aumento de 45% das taxas de apoptose. A análise de expressão dos microRNAs 100, 375, 145 e 126 demostrou que a expressão de IGF-1R não se correlaciona com a expressão destes RNAs pequenos. Adicionalmente, a análise de expressão proteica de IGF-1R em tumores adrenocorticais humanos revelou que expressão forte (20%) de IGF-1R foi mais comum em carcinomas de adultos. Além disso, a imunolocalização do IGF-1R nos carcinomas (19%) foi mais frequentemente nuclear em relação aos adenomas de adultos. Conclusões: Os dados obtidos reforçam a importância de IGF-1R nas vias tumorigênicas das neoplasias malignas do córtex da glândula suprarrenal. A inibição deste receptor foi capaz de inibir o crescimento tumoral in vitro por meio da redução das taxas de proliferação celular e aumento da apoptose em linhagem celular de carcinoma adrenocortical humano. Além disso, a expressão proteica nuclear de IGF-1R foi mais comum entre os carcinomas, sugerindo representar um marcador biológico desta neoplasia / Introduction: The insulin-like growth factor (IGF) system plays a key role in normal cell growth and development. IGF1R overexpression has been demonstrated in several tumors suggesting that its expression is a prerequisite for cell transformation. We demonstrated IGF1R overexpression in pediatric adrenocortical tumors. Objectives: To induce IGF1R silencing by siRNA in a human adrenocortical cell line NCI H295R and evaluate its effects on cell proliferation and apoptosis. Additionally, evaluate the expression of IGF-1R protein and microRNAs related to its transcription in human adrenocortical tumors. Patients and methods: The human adrenocortical tumor cell line NCI H295R was cultured and treated with 2 specific IGF1R siRNA. All experiments were carried out in four groups: (1) untreated NCI H295R cells, (2) NCI H295R cells transfected with specific IGF1R siRNA # 1, (3) NCI H295R cells transfected with specific IGF1R siRNA # 2 and (4) NCI H295R cells transfected with a negative control. IGF-1R gene and protein expression was determined by the techniques of real-time PCR and Western blot, respectively. We assessed the effects of IGF-1R silencing on cell proliferation and apoptosis. Moreover, 202 patients with adrenocortical tumors were selected for the study of IGF-1R protein expression by immunohistochemistry. In the analysis of microRNAs that are related to IGF1R (miR-100, 375, 145 e 126) by real time PCR, 32 out 202 patients were selected. Results: IGF-1R levels were significantly decreased in cells that were treated with IGF-1R siRNA # 1 and siRNA # 2. The relative values of IGF1R mRNA decreased approximately 50% and Western blot analysis revealed a 30% of reduction in IGF-1R protein. Downregulation of this gene was accompanied by a reduction in 40% of cell growth in vitro and an increase in 45% of apoptosis. The analysis of microRNAs demonstrated that IGF1R expression is not correlated with the expression of these small RNAs. Additionally, the analysis of IGF-1R protein expression in human adrenocortical tumors revealed that strong expression (20%) of IGF-1R was more common in adult carcinomas. Moreover, the nuclear IGF-1R was more frequent in carcinomas diagnosed in adults (19%) when compared to adenomas. Conclusions: These data demonstrate the importance of IGF-1R in tumorigenic pathways of malignant neoplasms of the adrenocortical gland. IGF-1R silencing could inhibit tumor growth in vitro by reducing cell proliferation and increasing apoptosis in a cell line of human adrenocortical carcinoma. Furthermore, nuclear IGF-1R expression was more frequent in carcinomas diagnosed in adults, suggesting that IGF-1R may be a biological marker of this neoplasia