L’érythropoïèse est un processus extrêmement prolifératif, et qui doit donc être très étroitement régulé. L’érythropoïétine (EPO) est l’un des facteurs absolument nécessaires à l’érythropoïèse. Cependant, dans la moelle osseuse, la quantité d'EPO circulante est sous-optimale et la capacité des érythroblastes à survivre dépend donc de leur sensibilité à l'EPO. Les facteurs modulant la réponse à l'EPO au cours de l'érythropoïèse sont encore largement inconnus.Nous avons donc voulu explorer plusieurs facteurs pouvant potentiellement être impliqués dans la régulation de l’érythropoïèse et plus précisément dans la réponse à l’EPO : tout d’abord, la transferrine ainsi que ses récepteurs (TfR), la transferrine et le TfR1 étant également essentiels à l’érythropoïèse, ainsi qu’un phytoestrogène provenant d’une plante nommée Curcuma comosa, les oestrogènes étant eux aussi connus pour favoriser l’érythropoïèse.Concernant la transferrine, nous avons voulu principalement explorer son rôle sur la signalisation, ayant récemment montré au laboratoire que le TfR1, essentiellement connu pour son rôle dans l’endocytose du fer, est également capable d’entraîner une signalisation.Nous avons montré que la transferrine potentialise la stimulation induite par l’EPO des voies ERK, AKT et STAT5. Cet effet est conservé même en l’absence d’endocytose du TfR1. Aucune coopération n’a été trouvée entre la transferrine et le stem cell factor (SCF).Nous avons également observé qu’en l’absence du TfR2, il existe une augmentation de l’expression de l’EPO-R et de la signalisation induite par l’EPO, sans impact de la transferrine dans ce contexte. Par ailleurs, nous avons montré que le Curcuma comosa améliore la prolifération et la différenciation des progéniteurs érythroïdes précoces, par un mécanisme de potentialisation de la signalisation induite par l’EPO impliquant le récepteur aux oestrogènes ER-α.En conclusion, la transferrine et ses récepteurs, ainsi qu’un phytoestrogène et l’ER-α, sont impliqués dans la régulation de l’érythropoïèse via leur action sur la signalisation induite par l’EPO. L’approfondissement de ces données pourrait ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques dans le traitement de l’anémie. / Erythropoiesis is an extremely proliferative process and must be very closely regulated. Erythropoietin (EPO) is one of the major factors necessary for erythropoiesis. However, in the bone marrow, the amount of circulating EPO is suboptimal and the ability of erythroblasts to survive therefore depends on their sensitivity to EPO. The factors modulating the response to EPO during erythropoiesis are still largely unknown. We therefore wanted to explore several factors that could potentially be involved in the regulation of erythropoiesis and more specifically in the response to EPO: first, transferrin and its receptors (TfR), transferrin and TfR1 being also essential for erythropoiesis, as well as a phytoestrogen from a plant called Curcuma comosa, as estrogens are also known to promote erythropoiesis. Regarding transferrin, we mainly wanted to explore its role on signaling, having recently shown in the laboratory that TfR1, essentially known for its role in iron endocytosis, is a signaling-competent receptor. We have shown that transferrin potentiates EPO-induced stimulation of the ERK, AKT and STAT5 pathways. This effect is maintained even in the absence of TfR1 endocytosis. No cooperation was found between transferrin and stem cell factor (SCF). We also observed that in the absence of TfR2, there is an increase in EPO-R expression and EPO-induced signaling, without any impact of transferrin in this context.In addition, we have shown that Curcuma comosa improves the proliferation and differentiation of early erythroid progenitors through a mechanism involving the ER-α estrogen receptor, able to potentiate EPO-induced signaling. In conclusion, transferrin and its receptors, as well as a phytoestrogen and ER-α, are involved in the regulation of erythropoiesis through their action on EPO-induced signaling. Further investigation of these data could provide new therapeutic strategies in the treatment of anemia.

L'érythropoïétine (Epo) est la principale cytokine contrôlant l'érythropoïèse. Les concentrations d'Epo retrouvées dans la circulation sont sous-optimales et ne permettent la survie que d'une partie des érythroblastes de la moelle osseuse. Dans cette étude, nous avons cherché à identifier des facteurs modulant la sensibilité des érythroblastes à l'Epo. Les érythroblastes expriment fortement le récepteur de la transferrine (CD71/RTf1), précédemment identifié comme un récepteur des Immunoglobulines A1 (IgA1). Nous montrons que chez l'Homme, le taux d'IgA1 polymériques (pIgA1) dans la moelle osseuse est augmenté par rapport au sérum et que les concentrations sériques de pIgA1 sont plus importantes chez des patients soumis à une hypoxie chronique par rapport aux volontaires sains. En concentration sous-optimale d'Epo, la liaison des pIgA1 au RTf1 permet de rétablir la prolifération cellulaire des érythroblastes. Cette activation du RTf1 implique l'activation des voies de signalisation MAPK/ERK et PI3K/AKT, mais pas de la voie JAK2/STAT5. In vivo, lors de l'induction d'anémies hémolytiques dans deux modèles murins (souris knock-in pour la chaîne lourde des IgA1 humaines et souris NODSCID injectées avec des pIgA1 humaines), les souris exposées aux IgA1 ont présenté un nombre accru d'érythroblastes spléniques rapport au contrôle, et ont restauré plus rapidement leur hématocrite. Nos résultats montrent que l'interaction pIgA1/TfR1 module la sensibilité des érythroblastes à l'Epo dans des situations physiologiques et pathologiques, apparaissant ainsi comme un régulateur positif de l'érythropoïèse.

L'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) est une maladie agressive à pronostic sombre et à forte mortalité. Il est donc crucial de rechercher de nouvelles cibles thérapeutiques et de nouveaux traitements. Une option intéressante pourrait être le ciblage du métabolisme du Fer. En effet, la transformation cellulaire s'accompagne généralement d'un accroissement des besoins en fer et de l'augmentation du récepteur de la transferrine de type 1, TfR1, le récepteur majeur impliqué dans l'approvisionnement des cellules en Fer par l'internalisation de la transferrine plasmatique chargée en fer. Nous avons utilisé un anticorps monoclonal humain IgG1 anti-TfR1 (H7) pour cibler le TfR1 dans le PDAC. Le traitement in vitro de 3 lignées de PDAC, établies à partir de tumeurs primaires de patients (BxPC3 et HPAC) ou d'une métastase hépatique (CFPAC) par H7 inhibe la viabilité cellulaire en réduisant la prolifération et induisant l'apoptose. H7 bloque efficacement l'internalisation de la transferrine chargée en Fer avec pour conséquence une baisse du Fer libre intracellulaire, une augmentation du TfR1 et une diminution de la ferritine, protéine de stockage du fer. Le traitement par H7 induit également l'expression du suppresseur de tumeur NDRG1 (N-myc downstream regulated gene 1), une cible prometteuse dans le cancer du pancréas, et la formation de sphères par la lignée HPAC in vitro, montrant que la déprivation en fer inhibe aussi les cellules initiatrices de tumeur dans ce modèle. Enfin, H7 recrute les cellules Natural Killer in vitro et induit efficacement l’ADCC (cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps). In vivo, dans 2 modèles de PDAC chez la souris (greffe de la lignée BxPC3 ou d’une tumeur dérivée d’un patient (PDX)), H7 diminue la croissance tumorale et augmente l'activité anti-tumorale du traitement chimiothérapeutique standard (gemcitabine). Ces résultats suggèrent que le ciblage du TfR1 par l'anticorps H7, seul ou en combinaison avec le traitement chimiothérapeutique standard est une stratégie prometteuse pour le traitement du PDAC. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a highly aggressive disease associated with poor diagnosis and high mortality. It is therefore necessary to search for new therapeutic targets and treatments. One of the interesting options would be targeting iron metabolism. Indeed, cell transformation is generally accompanied with increased needs for iron together with increased expression of the transferrin receptor 1, TfR1, the major receptor involved in cellular iron supply via the internalization of plasma transferrin loaded with iron.We have used a fully human internalizing anti-TfR1 antibody (IgG1), namely H7, to target TfR1 in PDAC. On three PDAC cell lines, BxPC3, HPAC (established from primary tumor), and CFPAC (established from hepatic metastasis), H7 treatment decreased cellular viability in vitro as a result of combined proliferation inhibition and apoptosis induction. H7 blocked efficiently transferrin internalization, and, likely due to a decrease in the labile iron pool, induced the upregulation of TfR1 and the downregulation of the iron storage protein ferritin. Interestingly, H7 treatment also induced the expression of the metastasis suppressor N-myc downstream regulated gene 1 (NDRG1), a promising therapeutic target in pancreatic cancer. H7 also decreased the ability of HPAC cell line to form tumor sphere in vitro indicating its inhibitory effect tumor initiating cells. Finally, H7 was able to recruit Natural killer cells and mediate antibody-dependent cell cytotoxicity on PDAC cell lines in vitro. In vivo, both in a PDAC cell line (BxPC3) and a patient derived xenograft (PDX) mouse model, H7 treatment decreases tumor growth and increases the anti-tumor activity of the Gemcitabine standard treatment. These data provide evidence that targeting pancreatic cancer with the iron depriving anti-TfR1 antibody, alone or in combination with gemcitabine might be a promising strategy in PDAC.

Cette thèse porte sur l'élaboration d'un vecteur particulaire lipidique reconnaissant activement<br />les tissus cérébraux après son administration par voie intraveineuse. Ce système devrait favoriser l'accumulation au sein du cerveau, de molécules thérapeutiques dans le cadre du traitement des maladies cérébrales comme les gliomes malins. La première partie de notre travail consistait à greffer sur la surface de nanocapsules lipidiques (LNC) des anticorps<br />monoclonaux d'origine murine (OX26) ou des fragments Fab' dirigés contre le récepteur à la transferrine de rat, surexprimé sur l'endothélium cérébral. Des immunonanocapsules portant entre 16 et 183 anticorps entiers et entre 42 et 173 fragments Fab' ont été obtenues. Leur capacité à s'associer aux cellules endothéliales cérébrales de rat a ensuite été vérifiée. De<br />plus, 24 h après leur administration chez le rat, la concentration dans le cerveau des OX26-<br />immunonanocapsules et des Fab'-immunonanocapsules était respectivement 2 et 1,5 fois plus<br />élevée que celle des LNC dépourvues de ligands.

Mon travail de doctorat a consisté en l'étude de deux gènes, TSAP6 et TCTP, qui sont régulés de manière différentielle dans la réversion tumorale. Les protéines encodées par ces deux gènes interagissent et forment un complexe tant in vitro que in vivo. Mon objectif était de mieux comprendre la fonction biologique de ces deux gènes. Différentes approches ont été employées, notamment la cristallographie (TCTP), souris knockout (TSAP6 et TCTP) et études par mutagénèse dirigée (TSAP6 et TCTP). <br />Les souris knockout pour le gène tsap6 présentent une anémie microcytaire. Nous démontrons que cette anémie est due à un retard de maturation des réticulocytes ainsi qu'à une sécrétion défectueuse du récepteur à la Transferrine par les exosomes. Étant donné que le gène TSAP6 est une cible transcriptionnelle directe de la p53, nous avons voulu analyser la sécrétion des exosomes suite à une stimulation de p53 (par rayon X ou Actinomicine D). Nous montrons qu'en l'absence de TSAP6, on ne parvient pas à stimuler une sécrétion des exosomes. De manière plus générale ces expériences ont démontré que le gène TSAP6 avait in vivo un rôle prédominant dans la sécrétion des exosomes, y compris suite à l'activation de la p53. <br />Nous avons surtout étudié le rôle que joue TCTP dans l'apoptose. La délétion du gène tctp dans les souris knockout est létale en provoquant une augmentation de l'apoptose au cours de l'embryogenèse. Cette mort embryonnaire se produit entre les 6,5ème et 9,5ème jours du développement. La détermination de la structure de la protéine TCTP par cristallographie avec une résolution de 2A montre que la protéine humaine est très homologue à celle de s.pombe. De plus, nous avons observé suite à une analyse informatique une homologie de structure entre les hélices H2 et H3 de TCTP et les hélices H5 et H6 de BAX, une protéine pro-apoptotique impliquée dans la perméabilité de la membrane mitochondriale. On a démontré que grâce à ces deux hélices, TCTP effectue son action anti-apoptotique et inhibe la dimérisation de BAX à la membrane des mitochondries, empêchant ainsi l'apoptose.<br />Nous montrons également que la Sertraline et la Thioridazine, qui induisent la mort des cellules tumorales et une baisse concomitante de TCTP, se lient directement à TCTP et empêchent ainsi la formation du complexe TSAP6-TCTP.

Les neurodégénérescences avec accumulation de fer dans le cerveau (Neurodegeneration with Brain Iron Accumulation, NBIA) sont des maladies neurodégénératives progressives, génétiquement hétérogènes. On connait actuellement 11 gènes de ces maladies mais pour la plupart d’entre eux leur lien avec l’accumulation en fer est encore incompris. Ce travail de thèse présente deux nouveaux gènes de NBIA identifiés par séquençage d’exome dans deux familles indépendantes. Le premier gène, REPS1, est impliqué dans le recyclage de l’endosome. Les fibroblastes de patients sont caractérisés par une accumulation de fer qui est corrigée par l’expression de l’ADNc de REPS1 dans ces cellules. Le deuxième gène, CRAT, code une carnitine acétyltransferase et le déficit de β-oxydation détecté dans les fibroblastes du patient a été corrigé par l’expression de l’ADNc CRAT normal. Le rôle de REPS1 dans le recyclage de l’endosome a mis sur la voie du mécanisme physiopathologique des NBIA. En effet, les fibroblastes des patients REPS1 et CRAT mais aussi d’autres patients avec des mutations d’autres gènes connus de NBIA (PANK2, PLA2G6, FA2H, C19ORF12) ont une accumulation massive en fer et une anomalie de recyclage du récepteur à la transferrine (TfR1). TfR1 permet l’entrée du fer par endocytose et son expression est régulée par le contenu en fer des cellules. La seule régulation connue de l’homéostasie du fer se fait au niveau post-transcriptionnel par le système IRP/IRE qui est fonctionnel dans les fibroblastes NBIA alors que la protéine TfR1 s’accumule. Cette accumulation de fer montre ainsi qu’il existe une régulation post-traductionnelle, jusqu’ici inconnue, et qui n’est pas fonctionnelle dans les NBIA. Nous avons pu montrer que cette régulation se faisait par une palmitoylation du TfR1, déficitaire dans les NBIA, mais restaurée par l’artesunate. Ainsi quel que soit le gène muté, tous les NBIA résultent d’une anomalie de recyclage du TfR1 permettant de les définir comme des maladies du trafic intracellulaire. La deuxième partie de la thèse s’intéresse au mécanisme physiopathologique de l’ataxie de Friedreich (FRDA) caractérisée elle aussi par une accumulation de fer dans le cerveau. FRDA est due à des expansions de triplets dans le premier intron du gène FXN conduisant à l’extinction de FXN et de PIP5K1B situé en amont. L’étude de modèles cellulaires dans lesquels le gène FXN et/ou PIP5K1B ont été éteints par siRNA et de fibroblastes de patients a permis de mettre en évidence une anomalie de l’homéostasie du fer qui rappelle celle observée dans les NBIA. L’ensemble de ces résultats a permis de comprendre le mécanisme physiopathologique des NBIA, de mettre à jour une régulation encore inconnue de l’homéostasie du fer mais aussi d’envisager une voie de traitement des NBIA. / Neurodegeneration with brain iron accumulation (NBIA) encompasses a group of rare neurogenerative disorders with different clinical and molecular features, underlined by progressive extrapyramidal dysfunction and iron accumulation in the brain. To date, mutations in 11 genes are currently known. Nevertheless for most of them their link with iron accumulation is still misunderstood. This work presents two novel NBIA genes identified by exome sequencing in two independent families. The first gene, REPS1, is involved in endosome recycling. Patient’s fibroblasts are characterized by iron overload corrected by wild-type REPS1 cDNA overexpression. The second gene, CRAT, encodes a carnitine acetyltransferase and a β-oxidation deficit in patient’s fibroblasts has been fixed by overexpression of wild-type CRAT cDNA. The function of REPS1 in endosome recycling put on the path of the NBIA pathophysiological mechanism. Indeed, fibroblasts of REPS1 patients but also from other patients mutated in various NBIA genes (CRAT, PANK2, PLA2G6, FA2H, C19ORF12) present massive iron accumulation and abnormal transferrin receptor (TfR1) recycling. TfR1 allows iron uptake by endocytosis and its expression is regulated by the iron cellular status. The only known regulation of iron homeostasis occurs at the posttranscriptional level by the IRE/IRP system which is functional in NBIA fibroblasts whereas TfR1 protein accumulates. This iron accumulation highlights a yet unknown posttranslational regulation which is not functional in NBIA. We have been able to demonstrate that this regulation occurs via TfR1 palmitoylation, which is defective in NBIA, but restored by artesunate. Hence, whatever the disease gene, all NBIA gave rise to abnormal TfR1 recycling which allows defining NBIA as intracellular trafficking disease. The second part of the thesis focused on the pathophysiological mechanism of the Friedreich ataxia (FRDA) also characterized by brain iron overload . FRDA is related to triplets expansions in the first intron of FXN gene leading to the extinction of FXN and PIP5K1B upstream gene. Studying cellular models knocked down for FXN and/or PIP5K1B by siRNA and patients’ fibroblasts of patients allowed to detect abnormal iron homeostasis reminiscent of NBIA. All these results allowed to decipher the NBIA pathophysiological mechanism, to highlight a yet unknown iron homeostasis regulation and to open possible ways towards therapeutic drugs for NBIA.

L’érythropoïèse est le processus de formation des globules rouges. L’anémie demeure à l’heure actuelle un problème de santé publique majeur. Par conséquent, une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le contrôle de ce processus dans des conditions physiologiques et pathologiques, ainsi que l’établissement de stratégies thérapeutiques ciblées constituent un enjeu de recherche majeur. Le récepteur de la transferrine 1 (CD71/RTf1) est un élément essentiel de l'érythropoïèse, la majorité des travaux de recherche étant focalisés sur son rôle indéniable dans le métabolisme du fer. Cependant, de nouveaux ligands du RTf1 ont été découverts ouvrant de nouvelles perspectives relatives aux fonctionnalités de ce récepteur. Ayant démontré que le RTf1 fixait les immunoglobulines A1 (IgA1), nous nous sommes intéressés au rôle des IgA1 dans l’érythropoïèse. Nous montrons que le RTf1 lié aux polymères d'IgA1 (pIgA1) induit la croissance et une augmentation de la prolifération des érythroblastes en concentration sous-optimale d'érythropoïétine (Epo). De même, l'expression transgénique d’IgA1 humaine (souris alpha1-KI), ou le traitement de souris de type sauvage avec les pIgA1 permettent une récupération accélérée de l’anémie aiguë. L’engagement du RTf1 module la sensibilité à l'Epo, en diminuant le seuil d'activation cellulaire, et en induisant les voies de signalisation MAPK/ERK et phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K/AKT). Ces données mettent en évidence un nouveau rôle du RTf1 en tant que régulateur positif de l'érythropoïèse. Parallèlement au RTf1, nous avons identifié un autre récepteur pouvant constituer une cible thérapeutique pour corriger une érythropoïèse inefficace : le récepteur de l’activine de type IIA (ActRIIA). Dans un modèle murin de Beta-thalassémie intermédiaire (Hbbth1/th1), résultant d'une déficience génétique de la chaîne Beta de la globine, nous montrons que l'administration d'une protéine de fusion constituée du domaine extracellulaire de l’ActRIIA lié à un fragment Fc d’IgG de souris (RAP-011), corrige l'anémie, augmente le taux d'hémoglobine et diminue la splénomégalie. Ce traitement favorise l’érythropoïèse splénique et diminue la saturation de la transferrine et l’hémolyse. Fait intéressant, des niveaux élevés de GDF11 (Growth Differentiation Factor 11) sont observés sur des coupes spléniques de souris thalassémiques ainsi que dans le sérum de patients thalassémiques. In vivo, l’inhibition de l’interaction GDF11/ActRIIa par le RAP-011 favorise l’apoptose des érythroblastes précoces par la voie Fas/FasLigand. Ces résultats suggèrent que l’activation constitutive des signaux GDF11/ActRIIA contribue à l’établissement d’une érythropoïèse inefficace caractéristique de la Beta-thalassémie. La neutralisation de cette signalisation inverse ce processus. En conclusion, nos travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension de l'hématopoïèse normale et pathologique, et pourraient conduire à envisager des traitements innovants pour l'anémie. / Anemia produced by a variety of underlying causes is the most common disorder of the blood, and remains a major global public health problem associated with a poor quality of life for many patients. Thus, better understanding the erythroid process in physiological and pathological conditions, and developing new strategies to boost erythropoiesis appear of great interest. Transferrin receptor 1 (CD71/TfR1) plays an essential role in erythropoiesis, and investigations of TfR1 functions have been focused on their undeniable role in iron metabolism. However, recent data demonstrate that TfR1 is a multi-ligand receptor that participates in a wide array of cellular functions. We have identified TfR1 as a receptor for A1 isotype immunoglobulins (IgA1). In this work, we show that pIgA1s are able through their interaction with the TfR1, to stimulate erythropoiesis by sensitizing erythroblasts to Epo. Likewise, transgenic expression of human IgA1 (Alpha1-KI mice) or treatment of wild-type mice with pIgA1 accelerated recovery from acute anemia. TfR1 engagement by pIgA1 increased cell sensitivity to Epo by inducing activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling pathways. These findings unveiled a new role of TfR1 as a signaling competent molecule positively regulating erythropoiesis. In addition to TfR1, our work identifies another receptor as a putative target for correcting ineffective erythropoiesis: the activin receptor IIA (ActRIIA). Indeed, using a mouse model of Beta-thalassemia intermedia (Hbbth1/th1) resulting from a genetic deficiency of Beta-globin chain, we show that administration of a ligand trap (named RAP-011), consisting in a fusion protein between the extracellular domain of ActRIIA and the Fc fragment of a mouse IgG, improves anemia, increases total hemoglobin levels and decreases splenomegaly. In addition, targeting ActRIIa signaling corrects ineffective erythropoiesis in the spleen, reduces hemolysis and transferrin saturation. Interestingly, high levels of Growth Differentiation Factor 11 (GDF11) are detected in spleen sections from Beta-thalassemic mice, as well as in sera from thalassemic patients. In addition, the inactivation of GDF11 promotes terminal erythroblast differentiation. Finally, blockade of the GDF11/ActRIIa signaling, promotes premature apoptosis of early erythroblasts through induction of Fas/FasLigand pathway. Therefore, these results first suggest that constitutive GDF11/ActRIIa signaling pathway may promote ineffective erythropoiesis in Beta-thalassemia intermedia, and secondly, support the use of ActRIIa traps for the treatment of chronic anemia and ineffective erythropoiesis. Altogether, these results open new perspectives in the understanding of normal and pathological hematopoiesis and lead to propose innovative treatments for anemia.

L'objectif de mon travail de doctorat était une caractérisation fonctionnelle des gènes TCTP et TSAP6. Ces gènes sont impliqués dans la réversion tumorale et forment un complexe protéique. <br />Tpt1, codant pour la protéine TCTP, est le gène le plus sous-exprimé lors de la réversion tumorale. L'analyse du cristal de TCTP humain montre une forte homologie entre ses hélices H2-H3 et les hélices H5-H6 de Bax. Grâce à ses hélices, TCTP inhibe l'apoptose induite par Bax au niveau des mitochondries. En effet, nous démontrons que TCTP, entre autres par le biais de ces hélices, empêche la dimérisation de Bax. <br />Nous avons aussi développé une lignée de souris TCTP knockout qui présentent une létalité embryonnaire précoce.<br />En parallèle, nous avons étudié TSAP6, qui encode pour une protéine à 6 domaines transmembranaires et qui est une cible transcriptionnelle directe de la p53. Nous avons établi une lignée murine TSAP6 knockout présentant une anémie microcytaire avec une splénomégalie. Les réticulocytes issus des souris knockout présentent un retard de maturation et une anomalie de sécrétion du Récepteur à la Transferrine par les exosomes. De manière plus générale, les résultats obtenus montrent, in vivo, que TSAP6 contrôle la sécrétion des exosomes induite par activation de la P53. Nous montrons aussi que la Sertraline et la Thioridazine empêchent la formation du complexe TSAP6-TCTP.

La mise en évidence de cellules initiatrices de cancer dans les glioblastomes et l'existence de cellules souches cancéreuses (CSCs) étayent la présomption que l'échec des stratégies anti-tumorales classiques puisse être attribué à un problème de cible cellulaire. Dans le contexte des thérapies ciblées, l'émergence des nanomédecines offre des perspectives pour la délivrance de principes actifs vers les CSCs ou leur microenvironnement (ou niche) en vue d'une meilleure efficacité, spécificité et sécurité biologique. Douées d'autorenouvellement et capables de générer des clones néoplasiques radio et chimiorésistants, les CSCs n'ont toutefois pas de marqueur exclusifs connus sinon des marqueurs associés permettant d'enrichir ces populations et de potentiellement établir un ciblage notamment locorégional au sein de ces tumeurs. En nous focalisant sur l'épitope AC133, marqueur de CSCs associé à des glycosylations de la protéine CD133 ou prominine-1, l'objectif de cette thèse a été: i) de comprendre la situation biologique traduite par l'expression d'AC133 (témoin d'initiation de tumeurs, d'agressivité tumorale ou d'hypoxie) ii) de développer une nanomédecine reconnaissant l'épitope AC133, iii) de déterminer, au regard de sa distribution au niveau de protrusions membranaires, le rôle fonctionnel de CD133/AC133. A partir de modèles in vitro et in vivo de glioblatomes humains implantés dans le cerveau de souris immunodéprimées (SCID), nos résultats établissent qu'AC133 est un témoin de non exposition chronique à une pression partielle élevée en oxygène (21% O2 versus 3% O2). Dans ce contexte la stratégie shRNA knockdown démontre que HIF-1α est un des régulateurs de l'expression d'AC133. L'absence d'AC133 à 21% O2 au sein de populations non triées de cellules de glioblastomes n'est pas reliée à l'initiation de tumeur mais en revanche associée à une perte d'agressivité tumorale. La cible AC133 a donc été choisie pour développer des nanocapsules lipidiques (NCLs) capables de reconnaitre des CSCs. A l'aide d'un polymère bifonctionnel, le DSPE-PEG2000-maleimide et de l'anticorps monoclonal AC133, une lipo-immunoglobuline (DSPE-PEG2000-maleimide- AC133), a été synthétisée puis post-insérée dans des NCLs permettant l'obtention d'immuno-NCLs. Ces nano-objets ont démontré leur fonctionnalité par leur spécificité de liaison à des cellules Caco-2 exprimant constitutivement AC133. Enfin, dans une dernière étude focalisée sur le rôle de AC133/CD133 dans l'endocytose, nous démontrons par siRNA knockdown sur des cellules Caco-2 que AC133/CD133 inhibe l'internalisation cellulaire de transferrine et de NCLs. De manière intéressante, l'augmentation de la concentration extracellulaire en fer, connue pour diminuer l'expression du récepteur de la transferrine, régule également négativement celle d'AC133, indiquant un rôle d'AC133/CD133 dans l'endocytose et dans le métaboslime du fer. L'ensemble de ce travail de thèse a donc permis de développer de nouveaux nano-outils et de mieux appréhender leur utilité pour l'application de nanomédicines visant à éliminer et/ou modifier leur comportement de CSCs AC133 positives.

Le glioblastome est la tumeur maligne primaire du cerveau la plus courante et la plus agressive chez l'homme. Son traitement conventionnel est palliatif et l'apparition de récidives est systématique. Dans le but de développer des thérapies innovantes basées sur le ciblage de nouvelles entités tumorales à l'aide de nanovecteur de médicaments, deux cibles ont été investiguées : le marqueur de radiorésistance AC133/1 et les onco-microARN. En utilisant des cellules de glioblastomes issues de patients, nous avons démontré que leur expansion in vitro à une pO2 non-physiologique (21%) altère leur agressivité tumorale in vivo et l'expression originelle d'AC133/1, au contraire d'une pO2 physiologique (3%) soulignant qu'AC133/1 est un marqueur précoce de non exposition à des pO2 élevées. Nous identifions par ailleurs un rôle pour AC133/1 dans l'endocytose du récepteur de la transferrine et son partenariat avec le métabolisme du fer. Enfin nous avons développé et caractérisé des immunonanoparticules capables de véhiculer des chimiothérapies ou des radiopharmaceutiques vers cet épitope fonctionnel. Dans un second axe de recherche, en parallèle d'établir le miRnome humain en réponse à l'action d'une radiothérapie, des nanocapsules lipidiques biomimétiques présentant à leur surface des peptides de papillomavirus et capables de se complexer avec des acides nucléiques antagonistes de microARN ont été développées et évaluées, démontrant leur intérêt en synergie d'une radiothérapie. Collectivement et en amont d'expérimentations in vivo en cours, ces résultats soulignent la pertinence d'appliquer de nouvelles nanomédecines ciblées pour le contournement de la radiorésistance dans le glioblastome.