Les plaquettes sanguines jouent un rôle essentiel dans le maintien de l'intégrité des vaisseaux sanguins. En cas de brèche vasculaire, elles conduisent à la formation d'un clou hémostatique via des étapes successives d'adhésion, sécrétion et agrégation finement régulées et préviennent alors un saignement excessif. Les plaquettes jouent également un rôle critique dans les pathologies thrombotiques comme l'athérothrombose, ce qui en fait des cibles pharmacologiques majeures dans ces situations. Au cours de ma thèse, deux axes de recherche ont été abordés : (i) l'étude du rôle de la PI3-kinase de classe III (Vps34) dans la formation et l'activation des plaquettes et (ii) l'étude de l'impact de nouvelles drogues ciblant les kinases en thérapie anti-cancéreuse sur les fonctions plaquettaires et l'hémostase. Dans un premier temps, je me suis concentrée sur la caractérisation du rôle de Vps34 et de son produit lipidique, le phosphatidylinositol 3 monophosphate (PtdIns3P), dans la physiologie plaquettaire à l'aide d'un modèle de souris présentant une délétion de Vps34 spécifiquement dans la lignée mégacaryocyte/plaquette (PF4-Cre/Vps34lox/lox). Nous avons observé une microthrombopénie modérée associée à un défaut de migration des mégacaryocytes ainsi que des anomalies morphologiques des granules de sécrétion. Ce phénotype apparaît lié à une diminution de taux de PtdIns3P associé à un trafic vésiculaire perturbé. De plus, nous avons mis en évidence une altération des fonctions prothrombotiques des plaquettes, ex vivo en conditions de flux mais aussi in vivo en conférant aux souris une protection contre la thrombose induite à la carotide par lésion au chlorure ferrique. La contribution de Vps34 dans les mécanismes d'activation plaquettaire, indépendamment de son rôle dans le mégacaryocyte, a été montrée ex vivo via l'utilisation de nouveaux inhibiteurs spécifiques de Vps34 (SAR405 et INH1) récemment développés pour une application en oncologie, notamment pour réduire la résistance de certains cancers aux chimiothérapies. Dans un second temps, je me suis intéressée à l'impact des nouvelles thérapies ciblées anticancéreuses sur les plaquettes afin de comprendre la majoration du risque hémorragique associée à ces molécules. Nous avons étudié l'effet de l'ibrutinib, un inhibiteur des tyrosine-kinases de la famille BTK activées en aval des PI3-kinases de classe I, utilisé en clinique dans le traitement des hémopathies lymphoïdes B (lymphomes et leucémie lymphoïde chronique). L'exploration des fonctions plaquettaires au sein d'une cohorte de patients du service d'hématologie du CHU-Toulouse a permis de corréler les signes hémorragiques de certains patients traités par ibrutinib avec un défaut de signalisation plaquettaire en aval des récepteurs GPVI et GPIb, se traduisant par une diminution de l'agrégation au collagène et au CRP et par un défaut d'adhésion sur matrice de facteur von Willebrand en conditions de flux. En conclusion, mes travaux de thèse (i) apportent de nouvelles données fondamentales sur la participation de Vps34 dans les mécanismes de production et d'activation plaquettaires et (ii) ont permis de proposer des recommandations quant à l'utilisation clinique des nouvelles thérapies ciblées anti-cancéreuses. / Blood platelets play an essential role in the maintenance of vascular integrity. They prevent excessive blood loss after vessel injury by orchestrating haemostatic clot formation through successive steps of adhesion, secretion and aggregation. Platelets are also major pharmacologic targets as they participate in thrombotic pathologies such as atherosclerosis. My thesis work was focused on two axis: (i) the role of class III PI3-kinase (Vps34) in platelet formation and activation and (ii) the impact of new anticancer drugs targeting kinases on platelet functions and haemostasis. First, I studied the role of Vps34 and its lipid product, phosphatidylinositol 3 monophosphate (PtdIns3P), in platelet physiology using a unique mouse model of Vps34 deletion specifically in megakaryocyte lineage (PF4-Cre/Vps34lox/lox). We observed a moderate microthrombocytopenia associated to a defect in megakaryocyte migration and morphologic abnormalities in secretion granules. This phenotype is linked to a decrease in PtdIns3P level associated with defective vesicular trafficking. Moreover, PF4-Cre/Vps34lox/lox mice exhibit altered prothrombotic functions, ex vivo in shear conditions and in vivo by conferring a protection against ferric chloride-induced carotid thrombosis. A role for Vps34 in platelet activation, independently from its role in megakaryocyte, was shown ex vivo using two specific Vps34 inhibitors (SAR405 and INH1) recently developed to reduce autophagy-mediated resistance to chemotherapy. Secondly, I assessed the impact of new targeted drugs used in cancer therapy on platelets in order to understand the increased bleeding risk associated to these molecules. We studied the effect of ibrutinib, a specific inhibitor of BTK family tyrosine kinases recently approved for the treatment of B malignancies (mantle cell lymphoma, chronic lymphocytic leukemia). By exploring platelet functions of ibrutinib-treated patients treated from Hematology department of Toulouse, we correlated bleeding symptoms to a defective platelet signaling downstream GPVI and GPIb receptors as shown by a strongly reduced platelet aggregation in response to collagen and CRP and by a defect in platelet adhesion on von Willebrand matrix under flow conditions. In conclusion, my thesis work (i) brings fundamental insights about Vps34 contribution in mechanisms of platelet production and functions and (ii) allows recommendations about clinical use of new targeted molecules in cancer therapy.

Les glioblastomes (GB) sont des tumeurs cérébrales invasives, résistantes et qui récidivent systématiquement malgré un traitement associant chirurgie, radio- et chimiothérapie. Ces tumeurs de très mauvais pronostic, se caractérisent par une survie médiane de 15 mois. L'agressivité des GB est notamment due à la présence d'une sous-population de cellules souches (GSC). Les GSC sont caractérisées par leurs capacités d'auto-renouvellement, d'expression de différents marqueurs souches, de multipotence et de tumorigenèse. Elles sont fortement impliquées dans la résistance et la récidive tumorale et leur ciblage pourrait améliorer le traitement des GB. Au vu de la littérature et de résultats obtenus au laboratoire, l'intégrine ß8 est apparue comme une nouvelle cible potentielle de ces GSC. Cette intégrine est décrite comme possédant un rôle majeur dans la survie et l'auto-renouvellement des cellules progénitrices neurales saines et sa surexpression est associée à une diminution de la survie des patients. Nous avons alors émis l'hypothèse que l'intégrine ß8 pourrait être impliquée dans le maintien de l'état souche des GSC. J'ai démontré au cours de ma thèse que cette intégrine est surexprimée dans des primocultures de GSC issues de résections de GB ainsi que dans des coupes de tumeurs de patients. De plus, j'ai mis en évidence que ß8 est associée à l'état souche et à des fonctionnalités propres à ces cellules, notamment leur auto-renouvellement, leur viabilité, leur migration et leur radiorésistance. En inhibant sélectivement ß8 dans nos primocultures de GSC par si/shRNA, j'ai en effet observé in vitro une diminution de la formation de neurosphères et de la migration cellulaire ainsi qu'une augmentation de la différentiation et de la mort cellulaire, cette dernière étant potentialisée après irradiation. Enfin, in vivo, j'ai mis en évidence que l'inhibition de ß8 se traduit par une diminution de la tumorigenèse et une augmentation de la survie des souris. En conclusion, mes résultats de thèse permettent d'identifier l'intégrine ß8 comme une protéine membranaire nécessaire au maintien de l'état souche dans les GSC mais surtout comme une potentielle cible thérapeutique radiosensibilisante dans les GB. / Glioblastomas (GB) are invasive, resistant and recurrent brain tumors (median overall survival of 15 months) despite standard treatment including surgical resection, radio- and chemotherapy. This tumor aggressiveness could partly be explained by the presence into the tumor of Glioblastoma-Stem like Cells (GSC), characterized by their ability to self-renew, their higher expression of specific GSC markers, their multipotent aptitude and their high tumorigenic potential. They are strongly involved in tumor resistance and recurrence and their targeting could improve GB treatment. Regarding current literature but also transcriptomic results obtained in our lab, a specific ß8 integrin emerged as a potential selective target in GSC. We then hypothesized that ß8 integrin could be involved in stemness maintenance of GSC. I first demonstrated, during my doctoral thesis, that ß8 is overexpressed in primocultures of GSC isolated from patients resections and also in human GB samples. Moreover, I showed that this integrin could be associated with stemness and features unique to these cells, including self-renewal ability, viability, migration and radioresistance. Indeed, the selective inhibition of ß8 in GSC by si/shRNA resulted in vitro in a decrease of neurosphere formation and migration, associated with an increase of differentiation patterns and cell death, this one being potentiated after irradiation. Finally, in vivo, I showed that ß8 inhibition decreased tumorigenesis and increased mice survival. In conclusion, my doctoral results allow to identify ß8 integrin as a membrane protein essential for stemness maintenance of GSC but mostly as a new potential radiosensitizing therapeutic target for GB.

Les sarcomes sont des cancers rares touchant toutes les zones du corps humain, caractérisés par une grande diversité de nature, de comportement clinique et de réponse aux thérapies existantes, certains étant de bon pronostic, d’autres très difficilement curables.Leur traitement de référence est la chirurgie ; la radiothérapie et les protocoles de chimiothérapie n’ayant que peu évolué lors des 30 dernières années.Récemment des caractéristiques génétiques leur étant propres ont été découvertes, prédictives de leur agressivité et contre lesquelles il est possible de diriger des drogues spécifiques pouvant améliorer le pronostic et diminuer les effets secondaires des thérapies conventionnelles.C’est sur l’inhibition d’Aurora Kinase A et B et CHK1 que s’est focalisé ce travail avec le test des effets de deux nouvelles drogues sur 9 types de cellules cancéreuses sarcomateuses avec des résultats très prometteurs, qu’il conviendra de conforter par d’autres expériences, notamment sur l’animal. / Sarcomas are rare cancers, which may arise in all parts of human body. They are characterized by great diversity in their nature, clinical behavior and response to existing therapeutics. Some are of good prognosis and others hard to cure.Their treatment essentially relies on surgery and radiotherapy or chemotherapy haven’t know major breakthrough over the last 3 decades.Recently new genetics abnormalities linked to sarcomas have been discovered. Their analysis can predict their aggressiveness and it is now possible to develop targeted therapies against them. This could help improving cancer prognosis and/or limiting conventional drugs adverse effects.Our work focused on Aurora Kinase A and B and CHK1 inhibition, testing the effects of 2 new drugs on 9 types of sarcoma cells with promising results, which we will confort by other experiments, including on the animal.

Le cancer colorectal est le troisième cancer le plus répandu dans le monde avec plus d’un million de patients diagnostiqués chaque année, dont 50% auront une évolution métastatique de leur maladie. Les récentes études pour améliorer les traitements du cancer colorectal métastatique (CCRm) ont permis le développement d’anticorps monoclonaux, le cetuximab et le panitumumab, capables d’inhiber l’activation des récepteurs au facteur de croissance épidermique (EGFR) et les voies de signalisation en aval (RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT/mTOR), responsables de la croissance cellulaire, la prolifération, l’inhibition de l’apoptose, l’invasion et de l’évolution métastatique. Cependant, dans les études incluant des patients dont les tumeurs sont « RAS sauvage », c’est à dire exemptes de mutation des gènes KRAS et NRAS, le taux de réponse aux thérapies à base de cetuximab ou du panitumumab sont de l’ordre de 40 à 60% seulement, ce qui signifie qu’une grande partie des patients traités échappent au traitement par le biais d’autres mécanismes. La présence d’altérations d’autres gènes comme PIK3CA, BRAF est responsable en partie des cas où les patients ne présentent pas de réponse. De plus, la surexpression ou l’altération de protéine comme PTEN, PI3K, AKT impliquées dans les voies de signalisation RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT/mTOR peuvent avoir un impact significatif sur la prolifération cellulaire ou l’apoptose. L’absence ou la surexpression des protéines sous leur forme active phosphorylée pourrait présenter un intérêt pour prédire la réponse aux anti-EGFR chez les patients dont les tumeurs sont « RAS sauvage ». Dans ce travail, nous avons tout d’abord développé des techniques pour le génotypage des gènes RAS et PIK3CA à partir d’échantillons de tumeurs colorectales fixées au formol et incluses en paraffine, puis dans un second temps, nous avons validé ces méthodes selon la norme ISO 15189, puis dans un dernier temps, nous avons étudié l’expression des phosphoprotéines en aval des récepteurs à l’EGF ainsi que les statuts mutationnels des gènes KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA à partir de 100 échantillons de tumeurs congelées issues de patients atteints d’un CCRm et traités par un anti-EGFR. Sur 100 échantillons de tumeurs, 60 ne présentaient pas de mutation des gènes RAS. Parmi les patients dont les tumeurs ne présentaient pas de mutation des gènes RAS, 45,0% présentaient une réponse tumorale partielle ou complète et 55,0% étaient en maladie stable ou évolutive lorsqu’ils étaient traités par un anti-EGFR. Les patients dont les tumeurs présentaient une mutation des gènes RAS avaient une survie sans progression (PFS) significativement plus faible (HR=3.04 [1.91; 4.83];p<0.001) ainsi qu’une survie globale (OS) plus faible (HR=2.49 [1.56; 3.97];p<0.001). La PFS et la survie globale (OS) étaient significativement plus élevées chez les patients dont les tumeurs étaient « RAS sauvage ». L’expression de pAKT, pERK1/2 et pMEK1 étaient significativement plus faibles chez les patients dont les tumeurs étaient sauvages que chez les patients présentant des tumeurs RAS mutées (p=0,0246 ; p=0,004 ; p=0,0110 respectivement) et aucune différence significative d’expression entre les tumeurs RAS sauvage et RAS mutées n’a été démontrée pour pEGFR, pGSK3, pIGFR et pP90SRK. Chez les patients présentant des tumeurs RAS sauvage, le taux de réponse était significativement supérieur pour les tumeurs surexprimant pEGFR et pAKT au dessus des seuils calculés (p=0,0258 et p=0,0277 respectivement). Aucune différence significative n’a été trouvée entre le taux de réponse et l’expression des autres phosphoprotéines. Notre étude montre qu’associer la mesure de l’expression des phosphoprotéines de signalisation en aval d’EGFR, à l’analyse du statut mutationnel des gènes RAS, BRAF, PIK3CA pourrait présenter un intérêt dans la prédiction de la réponse aux thérapies anti-EGFR chez les patients atteints d’un cancer colorectal métastatique / Colorectal cancer is the third most common cancer worldwide with more than one million patients diagnosed each year, among 50% will develop metastatic disease. Recent efforts to improve the treatment of metastatic colorectal cancer (mCRC) has led to the development of monoclonal antibodies such as cetuximab and panitumumab, that inhibit the activation of the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) and its downstream pathways (namely RAS/RAF/MAPK and PI3K/AKT/mTOR) that promote cell growth, proliferation, inhibition of apoptosis, invasion and metastasis. However, from studies including “RAS wild-type” i.e. KRAS and NRAS wild-type tumors, the response rates to cetuximab or panitumumab therapy ranged from only 40 to 60% which results in a large fraction of patients without any known causes for treatment failure. The presence of alterations in other genes such as PIK3CA or BRAF in the EGFR-dependent signaling pathways is responsible for some of the non-responding cases. Moreover, overexpression or alterations of proteins such as PTEN, PI3K, AKT, involved in the RAS/RAF/MAPK or PI3K/AKT/mTOR signaling pathways can have a significant impact on cell proliferation or apoptosis. Absence or overexpression of proteins under their active phosphorylated forms may be of interest to predict response to anti-EGFR in RAS wild-type patients. In this work, we first developed assays to assess RAS and PIK3CA mutations in formalin fixed paraffin embedded colorectal tumors, then we validated these assays according to ISO 15189 and we finally studied expression of downstream signalling phosphoproteins and KRAS, NRAS, BRAF and PIK3CA status in 100 frozen samples of patients with mCRC and treated with anti-EGFR. Among the 100 tumor samples, 60 were RAS wild-type. Among the RAS wild-type patients, 45.0% achieved a complete or partial response, and 55.0% had a stable disease or progression (p<0.001) when treated with anti-EGFR. Patients with a RAS mutation had significant lower progression-free survival (PFS) (HR=3.04[1.91; 4.83];p<0.001) and overall survival (OS) (HR=2.49[1.56; 3.97];p<0.001). PFS and OS were significantly higher in RAS wild-type patients. Expression of pAKT, pERK1/2 and pMEK1 was significantly lower in RAS wild-type patients than in RAS mutated patients (p=0.0246; p=0.004; p=0.0110 respectively) and no significant difference was observed between RAS wild-type and RAS mutated tumors in the expression of pEGFR, pGSK3, pIGFR, pP70S6K and pP90SRK. In RAS wild-type patients, response rate was significantly higher for tumors that overexpressed pEGFR and pAKT above the calculated threshold (p=0.0258 and p=0.0277 respectively). No significant relation was found between response rate and the level of expression of the other phosphoproteins. Our study shows that combining the analysis of the expression of EGFR downstream signalling phosphoproteins, RAS, BRAF or PIK3CA status could be of interest to predict the response to anti-EGFR therapies in patients with mCRC

En France, le cancer colorectal (CCR) est la 2ème cause de décès par cancer. Chez les patients, lorsque la tumeur est localisée, elle est réséquée par chirurgie. Toutefois, 50% des patients sont diagnostiqués à un stade métastatique, ces patients sont alors traités par chimiothérapie (FOLFOX/FOLFIRI), souvent en combinaison avec des thérapies ciblées incluant des anticorps tel que le Cetuximab (anti-EGFR) ou le Bevacizumab (anti-VEGF). Cependant, il reste encore environ 40% des patients qui ne répondent pas au traitement et l’une des causes les mieux établies est l'influence des mutations de la voie RAS en aval du récepteur à l'EGF sur la réponse au Cetuximab. C’est pourquoi l’identification de nouvelles cibles moléculaires accessibles aux anticorps permettrait le développement de nouveaux modèles de thérapie ciblée. Depuis peu, les Claudines ont suscité un intérêt pour le ciblage tumoral comme la claudin-4 dans les cancers de l’endomètre ou de la prostate. Très récemment, les résultats d'une étude clinique ont démontré que la combinaison d'un anticorps anti-Claudin-18.2, l'Acm IMAB362, avec la chimiothérapie prolongeait nettement la survie chez des patients atteints de cancer gastrique avancé.C’est dans cette optique que nous nous sommes focalisés sur les claudines dans le CCR. Tout d’abord en étudiant leur expression dans des échantillons de patients atteints de CCR métastatique. En analysant l’expression des claudines dans les nouveaux sous-types moléculaires, nous avons montré que certaines pouvaient avoir une valeur pronostique. Nous avons également identifié des claudines comme cibles thérapeutiques potentielles dans le CCR, parmi elles la CLDN1. En effet, nous avons montré que la forme membranaire de la CLDN1 était surexprimée dans les tumeurs primaires et métastases du CCR. Nous avons développé un anticorps monoclonal (Acm) ciblant les parties extracellulaires de la CLDN1. Nous avons montré que le ciblage thérapeutique de la CLDN1 par Acm provoquait un ralentissement significatif de la croissance, la migration et l'invasion des cellules tumorales aussi bien in vitro que in vivo. Afin d’améliorer l’efficacité du ciblage de la CLDN1 par Acm, nous avons couplé ce dernier avec une toxine, générant ainsi un Antibody Drug conjugated (ADC). Nous avons montré que le ciblage de la CLDN1 par un ADC diminuait la survie cellulaire in vitro en culture cellulaire 2D, mais également celle des sphéroïdes via un effet cytotoxique. Ce travail a permis d'établir la preuve de concept du ciblage de la CLDN1 aussi bien par Acm que par ADC. Afin de finaliser ce travail, ces résultats doivent être confirmés in vivo. A terme, nous espérons que ce ciblage puisse trouver sa place au sein de l’arsenal thérapeutique du CCR métastatique, en particulier chez les patients résistants aux traitements. / Colorectal cancer (CRC) is one of the major causes of cancer-related deaths in the Western world. When localized, CRC is often curable by surgery. However, 50% of patients are diagnosed at a metastatic stage, these patients are then treated with chemotherapy (FOLFOX / FOLFIRI), often in combination with targeted therapies including antibodies such as Cetuximab (anti-EGFR) or Bevacizumab (anti -VEGF). Despite these treatment, almost 40% of patients develop resistance. One of the most known resistance mechanisms of resistance is due to the RAS pathway downstream of the EGF receptor in response to Cetuximab. Therefore, more therapeutic options are required particularly by identifying new molecular targets that can be reached by antibodies. Recently, Claudines have generated interest as targets in cancer, such as claudin-4 in endometrial or prostate cancer. More recently, the results of a clinical study demonstrated that the combination of an anti-Claudin-18.2 antibody, IMAB362 mAb, with chemotherapy significantly prolonged survival in patients with advanced gastric cancer.Therefore, one of our aims was to focus on claudins in CCR. First, by studying their expression in metastatic CRC patient samples. We demonstrated the prognostic value of some claudins, after analyzing their gene expression in the new molecular subtype of CRC. Beside, we identified some claudins as potential therapeutic targets in CCR, among them claudin-1 (CLDN1). Indeed, we showed that the membrane form of CLDN1 is overexpressed in primary tumors and metastases of CRC. Therefore, we developed a monoclonal antibody (mAb) targeting the extracellular parts of CLDN1. We showed that therapeutic targeting of CLDN1 by mAb significantly decreased tumor cell growth, migration and invasion both in vitro and in vivo. In order to improve the efficiency of targeting CLDN1 by mAb, we conjugated it with a toxin, thus generating an Antibody Drug Conjugate (ADC). We showed that CLDN1 targeting by an ADC decreased cell survival in vitro in 2D cell culture, but also spheroids growth via a cytotoxic effect.This work demonstrated the proof of concept of CLDN1 targeting by both mAb and ADC. In order to achieve this work, the next steps remains on testing ADC affect in vivo models. CLDN1 is a good therapeutic target in the CCR. In the long term, we hope that its targeting can find its place within the therapeutic arsenal of metastatic CRC, particularly in treatment of resistant patients.

Les chordomes sont des tumeurs rares. Elles représentent 1-4% de toutes les tumeurs osseuses. Ces tumeurs à histogénèse notochordienne sont d'origine mésodermique exprimant des marqueurs épithéliaux. Elles sont dans la majorité des cas de bas grade et d’évolutions insidieuses, mais toujours infiltrantes et destructrices pouvant donner des métastases. Au plan thérapeutique, ce sont des lésions réputées pour leur résistance aux cytotoxiques, aux rayonnements ionisants et aux thérapies ciblées actuelles. Leur prise en charge standard consiste en une chirurgie première suivie d'une radiothérapie complémentaire à haute dose. Le taux de contrôle local est de 70% et 50% à 5 ans et 10 ans respectivement et la survie médiane est de 6 ans. Les futurs challenges consistent à mieux définir le volume cible par l’imagerie multimodalité pour une radiothérapie personnalisée voire adaptative tenant compte des modifications tumorales morphologiques et métaboliques en cours de traitement. L’hypoxie est connue depuis longtemps comme un facteur de radiorésistance aux traitements. En effet, l'hypoxie induit un phénotype agressif avec un haut potentiel métastatique, favorisant la progression tumorale. Ces caractéristiques sont intimement liées à certaines modifications biologiques comme l’angiogenèse tumorale et le dérèglement du métabolisme cellulaire du glucose. Une meilleure connaissance de ces facteurs régulateurs des cibles biologiques constitue un vrai challenge pour le clinicien et les industriels dans le cadre du développement de nouvelles thérapeutiques. Dans ce cadre, mon projet de thèse a été construit en trois étapes : (i) nous avons récemment rapporté, pour la première fois, la présence de composantes cellulaires hypermétaboliques et de composantes cellulaires très hypoxiques quiescentes par l'imagerie TEP/CT, (ii) mettre en évidence sur des prélèvements de chordomes provenant de patients, les facteurs régulateurs de l'hypoxie (HIF-1, HIF-2) du métabolisme (GLUT1 ; MCT1 ; MCT4 ; Basigine, CAIX - CAXII) et de l’autophagie (BNIP3) par des techniques d'immunohistochimie ; (iii) quantification de ces marqueurs par des techniques de Western Blot. La corrélation de ces résultats biologiques aux résultats cliniques obtenus, montre que les patients présentant des lésions arborant un métabolisme glycolytique et un processus de survie autophagique présentent un phénotype agressif et radiorésistant. La présence de ces mécanismes de survie est fortement corrélée avec un contrôle local faible et une survie réduite. La mise en évidence de ces mécanismes et de leurs facteurs régulateurs nous permet d’envisager des traitements ciblés en association avec la chirurgie et la radiothérapie. / Chordomas are rare tumors. They represent 1-4% of all bone tumors. These tumors are notochordal histogenesis and mesodermal origin expressing epithelial markers. They are in most cases low grade and have insidious development with destructive and invasive power. Therapeutically, they are known for their resistance to cytotoxic drugs, ionizing radiation and targeted therapies. "Gold standart" treatment for these lesions is a primary surgery followed by high doses of radiotherapy. The local control rate is 70% and 50% at 5 years and 10 years respectively and median survival is 6 years. Future challenges are to define better the target volume by multimodality imaging for radiation therapy or adaptive personalized taking into account changes in tumor metabolic and morphological processing. Hypoxia has long been known as a radioresistance factor. Indeed, hypoxia induces an aggressive phenotype with a high metastatic potential, promoting tumor progression. These characteristics are closely related to certain biological changes such as tumor angiogenesis and disruption of cellular metabolism of glucose. A better understanding of these regulators factors of biological targets is a real challenge for clinicians and industry in the development of new therapies. In this context, my thesis project was built in three steps: (i) we recently reported, for the first time, the presence of quiescent and hypoxic cellular components and hypermetabolic cellular components by PET / CT, (ii) highlight on samples from patients with chordoma, the hypoxia regulatory factors (HIF-1, HIF-2) metabolism (GLUT1, MCT1, MCT4; Basigine, CAIX - CAXII) and autophagy (BNIP3) by immunohistochemistry, (iii) quantification of these markers by immunoblotting techniques. The correlation of these laboratory findings to clinical results showed that patients with lesions displaying a glycolytic metabolism and survival autophagic process have an aggressive and radioresistant phenotype. The presence of these mechanisms is strongly correlated with poor local control and survival reduced. The highlight of these mechanisms and their regulatory factors allow us to consider targeted therapies in combination with surgery and radiotherapy.

Le mélanome cutané est le cancer de la peau le plus agressif de par sa grande plasticité phénotypique, son fort caractère métastatique et sa résistance aux traitements. L’émergence d’inhibiteurs ciblant la forme mutée de la kinase BRAF (BRAF V600E) a produit des réponses thérapeutiques spectaculaires, malheureusement suivies par l’apparition rapide de résistances secondaires très agressives. La compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans ces résistances constitue donc un prérequis indispensable à l’amélioration de ces thérapies ciblées. A côté des altérations intrinsèques au mélanome, les interactions entre les cellules malignes et leur microenvironnement favorisent la survie tumorale et contribuent à la résistance aux thérapies. En particulier, la matrice extracellulaire (MEC), qui constitue un réseau dynamique de macromolécules de composition et de propriétés physico-chimiques variables, influence l’architecture des tissus tumoraux, l’invasion et la réponse aux traitements. De façon importante, l’acquisition par les cellules de mélanome d’un phénotype mésenchymateux invasif a été décrite comme un mécanisme d’échappement aux thérapies ciblant la mutation oncogénique de BRAF. Dans ce contexte, l’objectif de mon travail de thèse a été de préciser le rôle de cette signature phénotypique sur les propriétés bio-mécaniques des cellules de mélanome et la réponse aux thérapies ciblées. Dans la première partie de ma thèse, j’ai observé que les cellules résistantes présentant un phénotype invasif mésenchymateux produisent, assemblent et remodèlent une matrice ayant des propriétés mécaniques et biochimiques proches de myofibroblastes. Ce phénotype est associé à une activation de la voie YAP/TAZ et une mécano-sensibilité amplifiée. La caractérisation par spectrométrie de masse du matrisome des cellules résistantes a révélé la présence abondante de protéines matricielles comme la Fibronectine, le Collagène 1(I) et la THBS1 mais également de protéines de réticulation du collagène comme LOXL2 et TGM2. Nos données montrent aussi que ces modifications sont conférées de novo par un traitement aux inhibiteurs de BRAF ou de MEK dans des cellules de mélanome mutées BRAF in vitro, et que chez la souris le traitement au Vémurafénib de cellules de mélanome xénogreffées induit l’assemblage de fibres de collagène associé à une rigidification tumorale. Finalement, j’ai pu montrer que la matrice produite par les cellules mésenchymales résistantes protège les cellules de mélanome naïves des effets anti-prolifératifs liées à l’inhibition de BRAF ou MEK. Dans une deuxième partie de ma thèse, je me suis intéressée à la protéine de réticulation du collagène de la famille des lysyl oxidases (LOX), LOXL2 exprimée par les cellules mésenchymales résistantes. Nos analyses bioinformatiques et biochimiques montrent que l'expression de cette enzyme est fortement associée à la signature invasive MITFlow AXLhigh des mélanomes. En utilisant des approches d'interférence à ARN, j'ai aussi montré que la suppression de LOXL2 dans les cellules de mélanome invasif diminue la migration cellulaire et augmente la prolifération cellulaire in vitro et in vivo, suggérant un rôle de LOXL2 dans la transition phénotypique du mélanome. Dans l’ensemble, mes travaux de thèse révèlent un rôle paradoxal de l’inhibition de la voie MAPK qui induit des changements du phénotype tumoral associés à la production autonome par la cellule maligne d’une MEC pathologique capable d'altérer le comportement cellulaire et la réponse au traitement. Cet environnement matriciel 'sanctuaire', associée à une intense hétérogénéité tumorale, pourrait jouer un rôle majeur dans le développement et l'émergence des résistances thérapeutiques du mélanome. Ces résultats permettent une meilleure compréhension du rôle de la MEC du mélanome et devraient proposer de nouvelles pistes pour améliorer les traitements. / Cutaneous melanoma remains one of the most challenging and difficult cancers to treat because of its high plasticity, metastatic potential and resistance to treatment. New therapies targeting oncogenic BRAFV600E mutation have shown remarkable clinical efficacy. However, drug resistance invariably develops. Thus, the need for improving existing therapies remains critical. Recent studies have indicated that tumor resistance arises from the tumor microenvironment in which the extracellular matrix (ECM) is a determinant factor. Here, we found that BRAF inhibitor (BRAFi)-resistant melanoma cells, but not BRAFi-sensitive cells display an increased mechanosensitivity associated with a capacity to produce and remodel a 3D ECM displaying increased levels of matrix proteins such as fibronectin (FN) and collagen fibers. Interestingly, our results show that this 3D ECM is able to protect therapy-sensitive cells from the anti-proliferative effects of MAPKi. In addition, short exposures of naive melanoma cells to MAPKi augment matrix proteins production and assembly in vitro and in vivo. This 3D ECM also promotes drug tolerance within BRAFi sensitive cells. In conclusion, our results suggest that a subset of resistance to MAPK targeted therapies is associated with the production by melanoma cells of a pathological fibrotic matrisome that may affect cell behavior and therapeutic response.

Les analyses moléculaires et la classification des adénocarcinomes bronchiques ont conduit au développement de thérapies ciblées sélectives visant à améliorer le contrôle de la maladie et la survie des patients. ALK (anaplastic lymphoma kinase) est un récepteur tyrosine kinase de la famille des récepteurs de l'insuline. Des réarrangements chromosomiques impliquant le domaine kinase d’ALK sont présents dans environ 3 à 6% des patients atteints d'un adénocarcinome bronchique. La protéine de fusion provoque une activation du domaine kinase de manière constitutive et indépendante du ligand. Lorlatinib est un inhibiteur d’ALK de troisième génération avec une efficacité et une sélectivité optimale, ainsi qu’une pénétration élevée vers le système nerveux central. Lorlatinib peut vaincre la résistance induite par plus de 16 mutations secondaires dans le domaine kinase d’ALK acquises lors de la progression aux ALK TKI de première et deuxième générations. Le traitement par lorlatinib est donc efficace chez les patients préalablement traités par un ALK TKI de première ou deuxième génération, et est actuellement approuvé pour cette indication. Le spectre complet de mécanismes de résistance au lorlatinib chez les patients reste à élucider. Il a récemment été rapporté que l'acquisition séquentielle de deux mutations ou plus dans le domaine kinase, également appelées mutations composées, est responsable de la progression de la maladie chez environ 35% des patients traités par le lorlatinib, principalement en altérant sa liaison au domaine kinase d’ALK. Cependant, l’effet de ces mutations sur la sensibilité aux différents inhibiteurs d’ALK peut varier, et les autres mécanismes de résistance survenant chez la plupart des patients restent inconnus. Mon travail de thèse avait pour but d’explorer la résistance au lorlatinib chez des patients atteints d'un cancer du poumon ALK réarrangé par la mise en œuvre de biopsies spatiales et temporelles et le développement de modèles dérivés de patients. Dans le cadre de l’étude institutionnelle MATCH-R (NCT02517892), nous avons effectué un séquençage à haut débit de l’exome, de l’ARN et ciblé, ainsi qu’un séquençage des ctDNA afin d’identifier les mécanismes de résistance. Nous avons établi des lignées cellulaires dérivées de patients et caractérisé de nouveaux mécanismes de résistance et identifiés de nouvelles stratégies thérapeutiques in vitro et in vivo. Nous avons identifié trois mécanismes de résistance chez quatre patients avec des biopsies appariées. Nous avons étudié l'induction de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) par l'activation de SRC dans une lignée cellulaire, dérivée d’un patient, exposée au lorlatinib. Les cellules mésenchymateuses étaient sensibles à l’inhibition combinée de SRC et d'ALK, montrant que même en présence d'un phénotype agressif, des stratégies de combinaison peuvent surmonter la résistance aux ALK TKI. Nous avons identifié deux nouvelles mutations composées du domaine kinase d’ALK, F1174L / G1202R, C1156Y / G1269A survenues chez deux patients traités par le lorlatinib. Nous avons développé des modèles de cellules Ba / F3 exprimant les mutations simples et composées pour étudier leur effet sur la résistance au lorlatinib. Enfin, nous avons caractérisé un nouveau mécanisme de résistance provoqué par la perte de fonction de NF2 au moment de la progression du lorlatinib par l’utilisation de PDX et de lignées cellulaires dérivées de patients, et par CRISPR / CAS9 knock-out de NF2. Nous avons constaté que l'activation de mTOR par la perte de fonction de NF2 provoquait la résistance au lorlatinib et qu'elle pouvait être surmontée par le traitement avec des inhibiteurs de mTOR.Cette étude montre que les mécanismes de résistance au lorlatinib sont plus divers et complexes que prévu. Nos résultats démontrent également comment les études longitudinales de la dynamique tumorale permettent de déchiffrer la résistance aux TKI et d'identifier des stratégies thérapeutiques. / The molecular study and classification of lung adenocarcinomas has led to the development of selective targeted therapies aiming to improve disease control and survival in patients. The anaplastic lymphoma kinase (ALK) is a tyrosine kinase receptor from the insulin tyrosine kinase receptor family, with a physiologic role in neural development. Gene rearrangements involving the ALK kinase domain occur in ~3-6% of patients with lung adenocarcinoma. The fusion protein dimerizes leading to transactivation of the ALK kinase domain in a ligand-independent and constitutive manner. Lorlatinib is a third generation ALK inhibitor with high potency and selectivity for this kinase in vitro and in vivo, and elevated penetrance in the central nervous system. Lorlatinib can overcome resistance mediated by over 16 secondary kinase domain mutations occurring in 13 residues upon progression to first - and second - generation ALK TKI. In addition, treatment with lorlatinib is effective for patients who have been previously treated with a first and a second generation or a second generation ALK TKI upfront and is currently approved for this indication. The full spectrum of biological mechanisms driving lorlatinib resistance in patients remains to be elucidated. It has been recently reported that the sequential acquisition of two or more mutations in the kinase domain, also referred as compound mutations, is responsible for disease progression in about 35% of patients treated with lorlatinib, mainly by impairing its binding to the ALK kinase domain. However, the effect of these compound mutations on the sensitivity to the repertoire of ALK inhibitors can vary, and other resistance mechanisms occurring in most patients are unknown. My PhD thesis aimed at exploring resistance to lorlatinib in patients with ALK-rearranged lung cancer through spatial and temporal tumor biopsies and development of patient-derived models. Within the institutional MATCH-R study (NCT02517892), we performed high-throughput whole exome, RNA and targeted next-generation sequencing, together with plasma sequencing to identify putative genomic and bypass mechanisms of resistance. We developed patient-derived cell lines and characterized novel mechanisms of resistance and personalized treatment strategies in vitro and in vivo. We characterized three mechanisms of resistance in four patients with paired biopsies. We studied the induction of epithelial-mesenchymal transition (EMT) by SRC activation in a patient-derived cell line exposed to lorlatinib. Mesenchymal cells were sensitive to combined SRC and ALK co-inhibition, showing that even in the presence of an aggressive and challenging phenotype, combination strategies can overcome ALK resistance. We identified two novel ALK kinase domain compound mutations, F1174L/G1202R, C1156Y/G1269A, occurring in two patients treated with lorlatinib. We developed Ba/F3 cell models harboring single and compound mutations to study the differential effect of these mutations on lorlatinib resistance. Finally, we characterized a novel mechanism of resistance caused by NF2 loss of function at the time of lorlatinib progression through the development of patients derived PDX and cell lines, and in vitro validation of NF2 knock-out with CRISPR/CAS9 gene editing. Downstream activation of mTOR was found to drive lorlatinib resistance by NF2 loss of function and was overcome by providing treatment with mTOR inhibitors.This study shows that mechanisms of resistance to lorlatinib are more diverse and complex than anticipated. Our findings also emphasize how longitudinal studies of tumor dynamics allow deciphering TKI resistance and identifying reversing strategies.

Mon travail de thèse consistait à étudier la signalisation oncogénique de la tyrosine kinase (TyrK) cytoplasmique Src dans les cellules de cancer colorectal (CCR) à un stade avancé par une approche globale de phosphoprotéomique quantitative de type SILAC puis d'évaluer l'efficacité du Nilotinib, un inhibiteur de la Tyrk oncogénique BCR-Abl, sur les propriétés invasives des cellules de CCR. Dans un premier temps, nos résultats ont confirmé le rôle clé joué par Src dans l'acquisition des propriétés invasives de la tumeur. Puis, l'approche phosphoprotéomique de type SILAC a permis de mettre en évidence 136 protéines substrats de Src parmi lesquelles nous retrouvons des protéines de signalisation, des protéines associées au cytosquelette ou des protéines du trafic vésiculaire. De manière intéressante, j'ai révélé l'implication d'un réseau de TyrK dans les propriétés invasives Src-dépendantes. Nos résultats suggèrent qu'une thérapie multi-TyrK pourrait s'avérer intéressante pour traiter les CCR à un stade avancé. En complément de l'analyse SILAC, j'ai initié une approche pharmacologique pour caractériser les TyrK impliquées dans l'invasion des cellules de CCR. De manière surprenante, j'ai observé que le Nilotinib inhibe l'activité invasive des cellules de CCR avec une efficacité comparable à celle observée sur la croissance des cellules de LMC (IC50=20nM). Des approches d'invalidation génétique et de mutagénèse couplées à des tests d'invasion in vitro et in vivo ont permis de démontrer que le Nilotinib exerce son activité anti-invasive en ciblant le récepteur au collagène DDR1. Mes résultats laissent présager un intérêt thérapeutique potentiel du Nilotinib dans le traitement du cancer colorectal métastasant. / My thesis work was devoted to decipher the oncogenic signaling of the cytoplasmic tyrosine kinase (TyrK) Src in advanced colorectal cancer (CRC) cells using SILAC quantitative phosphoproteomics and to evaluate the efficiency of the oncogenic BCR-Abl inhibitor, Nilotinib, on the CRC cell invasive activity. Firstable, our results confirmed the key role of Src in the induction of cell invasion. Then, the SILAC phosphoproteomic approach revealed 136 Src substrates among which signaling proteins, cytoskeleton associated proteins or vesicular trafficking associated proteins. Interestingly, I have identified a TyrK network involved in Src-dependent invasive properties. Taken together, our results suggest that a multi-TyrK therapy may be interesting in clinic for the treatment of advanced CRC. In addition to the SILAC analysis, a pharmacological approach was set up to characterize TyrK involved in CRC cell invasion. Surprisingly, I found that Nilotinib inhibits CRC cell invasive activity with a similar efficiency to the one observed on the growth of CML (IC50 = 20nM). Knock down and mutagenesis experiments together with in vitro and in vivo invasion assay revealed the collagen receptor DDR1 as the main Nilotinib target in its anti-invasive activity. Our results suggest that Nilotinib could be of therapeutic value in metastatic CRC.

Contexte. Synonymes de progrès thérapeutique, les thérapies ciblées anticancéreuses ne sont pas sans effet secondaire, en particulier dermatologique. Très peu de données sont disponibles quant à leur impact sur la qualité de vie. Le service de dermatologie de Gustave Roussy a consacré une partie de son activité de recherche à cette thématique. Inscrite dans ces travaux, notre thèse avait pour objectif principal de décrire les changements observés du point de vue de l'état émotionnel, de l'image corporelle et des interactions sociales avec l'apparition des atteintes cutanées, en s'intéressant à la place des représentations associées au traitement dans le processus d'ajustement des patients.Méthode. L'étude prospective comprenait quatre temps d'évaluation (initiation du traitement, un, deux et trois mois après) et associait deux modes d'évaluation : quantitatif (questionnaires) et qualitatif (entretiens semi-directifs). L'inclusion était proposée par les oncologues aux patients allant débuter une thérapie ciblée. Les analyses statistiques ont été menées avec le logiciel SPSS 14.0 ; l'analyse des entretiens a combiné méthode thématique et méthode par questionnement analytique, en recourant au modèle théorique de Pedinielli. Résultats. Sur 82 patients inclus dans la recherche biomédicale, 62 ont accepté de participer à l'étude psychologique. La partie quantitative a été complétée par 33 patients, pour moitié hommes (âge moyen 56 ans) soignés pour un cancer métastatique ; 84% a développé au moins un des symptômes suivants: rash cutané, syndrome main-pied, alopécie ou photosensibilité. Les changements observés ont été un inconfort physique et une gêne à la réalisation des activités du quotidien. Aucun signe de perturbation de la sphère émotionnelle, de l'image du corps et des relations sociales n'a été mis en évidence. La représentation d'un médicament contrôlant la maladie a émergé comme un des facteurs significativement associés aux variations de l'impact des toxicités cutanées sur la qualité de vie. La partie qualitative a concerné 41 patients (caractéristiques médicales et sociodémographiques très similaires à celles de l'échantillon quantitatif). Pour une majorité les symptômes dermatologiques ont été " gênants ", voire " perturbants " lorsqu'ils entraînaient douleurs, difficultés à la mobilité ou troubles du sommeil, mais sont restés " gérables, supportables ". Les représentations associées au traitement, très positives, sont apparues comme un élément soutenant dans l'ajustement des patients. Du discours des patients en souffrance psychologique sont ressorties une défiance vis-à-vis du regard d'autrui et une impossibilité d'amorcer le travail de renoncement nécessaire à l'intégration des transformations liées au cancer et à ses traitements. L'origine de cette souffrance serait un débordement des défenses psychiques par une angoisse de mort : la difficulté pour restaurer l'état d'équilibre psychique antérieur provenant de l'activation concurrentielle de deux dynamiques, l'une surnommée " substantielle ", l'autre " identitaire ".Discussion. Ces résultats rejoignent les données de la littérature en concluant à un impact d'intensité faible à modérée des toxicités cutanées sur la qualité de vie pour une majorité de patients. Contrairement à ce qui était attendu, il n'a pas été observé de changement sur le plan de l'état émotionnel, de l'image corporelle et des interactions sociales. L'investissement positif du traitement, la réappréciation des valeurs, le très bon état général des patients et l'optimisme ont été évoqués l'absence de perturbation. L'importance de l'encadrement médico-soignant a aussi été soulignée.Conclusion. Le développement croissant des thérapies ciblées appelle à une consolidation des mesures de prévention et de prise en charge des symptômes dermatologiques, ce qui nécessite un renforcement des actions de formation et de sensibilisation des acteurs de soin à cette problématique.