TRF1 est une protéine télomérique essentielle pour la stabilité et la régulation de la longueur des télomères. Son expression est altérée dans de nombreux cancers humains, et son inhibition, dans un contexte p53 déficient, favorise le développement de tumeurs chez la souris. Nous montrons ici que l'inhibition de TRF1 dans les fibroblastes primaires humains conduit à une accumulation télomérique de γ-H2AX et à une activation de la voie de réponse aux dommages de l'ADN dépendante des kinases ATR/Chk1, menant rapidement les cellules vers la sénescence. En revanche, lorsque les voies p53 et pRb sont défaillantes, les cellules échappent à la sénescence. L'érosion accrue des télomères engendre alors une fragilité télomérique et une instabilité chromosomique, caractérisées par la présence de fusions entres chromatides soeurs et de signaux multi-télomériques (MTS). Un niveau élevé de MTS, associés à la présence de télomères courts, est également retrouvé après la surexpression de TRF1. Cette fragilité télomérique conduit à une extension de la capacité proliférative des cellules, due à une stabilisation de la longueur des télomères par réactivation de la télomérase. Nous proposons que la fragilité des télomères, induit par l'altération de la charge télomérique de TRF1, conduit à une instabilité chromosomique qui facilite la réactivation de la télomérase et à des anomalies chromosomiques comparables à celles retrouvées dans les tumeurs. La dérégulation de l'expression de TRF1 joueraient un rôle dans la progression tumorale des cellules p53 et pRb déficientes. / TRF1 is a telomere-binding protein which is essential for both telomere stability and telomere length regulation. TRF1 depletion in the context of p53 deficiency promotes tumor development in the mouse, and TRF1 expression is altered in some human cancers. We report here that inhibition of TRF1 in human primary fibroblast results in rapid induction of senescence, which is concomitant with telomeric accumulation of γ-H2AX and phosphorylation of the ATR downstream checkpoint kinase Chk1. Abrogation of p53 and pRb pathways bypasses senescence but leads to accelerated telomere shortening and early onset of chromosomal instability, including sister chromatid fusions and the occurrence of multi-telomeric signals (MTS) related to telomere fragility. MTS are also elevated in TRF1-overexpressing cells and are coincident with the presence of short telomeres. Elevated telomere fragility was associated with greater immortalization potential and resultant cells maintained their telomeres via telomerase reactivation. We propose that changes in TRF1 occupancy at telomeres lead to telomere-fragility driven chromosome instability, which facilitates the reactivation of telomerase and engenders cancer-relevant chromosomal aberrations. These events would occur at early stages of the tumor progression process in the context of an impaired p53 and pRb response.

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

Les glioblastomes sont les tumeurs primitives cérébrales les plus fréquentes chez l’adulte et les plus agressives. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre l’hétérogénéité qui caractérise les glioblastomes et qui pourrait être en partie responsable de leur mauvais pronostic. Ainsi, nous avons mis en évidence une corrélation entre une localisation tumorale et un profil moléculaire particulier. De plus, l’utilisation de deux lignées cellulaires souches de glioblastomes établies au laboratoire, nous a permis de réaliser le criblage d’une banque chimique et de proposer la proscillaridine A, appartenant à la famille des glycosides cardiaques, comme un agent anti-tumoral potentiel. Par ailleurs, nous avons identifié une sialyltransférase, la ST8Sia III, comme responsable de la biosynthèse de l’antigène souche A2B5. La surexpression de la ST8Sia III par les cellules souches cancéreuses fait d’elle une possible cible thérapeutique. L’ensemble des travaux rapportés ici contribue à améliorer les connaissances sur la gliomagenèse, à proposer des cibles thérapeutiques potentielles et de nouvelles stratégies de traitement des glioblastomes. / Glioblastomas are the most frequent and aggressive primary brain tumors in adult. This thesis aimed to better understand the heterogeneity that characterizes glioblastomas and which could be partly responsible for their poor prognosis. We highlighted a relationship between tumor location and a specific molecular profile. Further, using two glioblastoma stem cell lines, we realized the screening of a chemical library and we proposed the proscillaridin A, a cardiac glycoside, as a new anti-tumoral molecule. Besides, we identified a sialyltransferase, ST8sia III, which produces A2B5 antigen. Overexpression recording in cancer stem cells, suggested that ST8Sia III could be considered as a potential therapeutic target. All this work contributes towards a better understanding of gliomagenesis and points out potential therapeutic targets. At last, we propose new therapeutic strategies in glioblastoma.

L’imagerie moléculaire avec des biomarqueurs radiomarqués par des émetteurs de positons est couramment utilisée dans les cancers mammaires infiltrants pour la stadification initiale ou en cas de récidive, et également pour l’évaluation de la réponse tumorale en situation néoadjuvante et métastatique. Après quelques notions générales sur les cancers mammaires et le rôle alloué à l’imagerie moléculaire, les résultats des travaux axés sur l’imagerie moléculaire des cancers mammaires que j’ai encadrés et auxquels j’ai contribués au sein de l’équipe de Médecine Nucléaire de l’Institut Curie - Saint-Cloud sont présentés. Ces études ont évalué la valeur de la Tomographie par Emission de Positons au FluoroDesoxyGlucose (TEP-FDG) en cas de suspicion biologique de récidive, ou pour la stadification initiale et l’évaluation de la réponse tumorale à la Chimiothérapie NéoAdjuvante (CNA) des cancers mammaires inflammatoires. Notre équipe a également étudié la valeur pronostique de la réponse tumorale à l’hormonothérapie par la TEP-FDG, en situation métastatique. La problématique de l’évaluation précoce de la réponse tumorale à la CNA par l'imagerie moléculaire m’a amené à étudier un modèle murin transgénique de cancer mammaire avec d’autres biomarqueurs que le FDG, à savoir la FLuoroThymidine (FLT) et le pertechnetate. Des outils de quantification de la charge tumorale ont pu être développés et ont permis d’évaluer la réponse tumorale à des drogues cytotoxiques lors d’un suivi longitudinal, mais ce travail s’est heurté aux limites de l’imagerie préclinique. Les résultats des études cliniques sur l’évaluation précoce de la réponse tumorale à la CNA sont ensuite exposés, avec le FDG comme biomarqueur en insistant sur l’influence du phénotype moléculaire sur les paramètres définissant une réponse métabolique. L’état des connaissances et les perspectives avec d’autres biomarqueurs que le FDG, à savoir la FLT et le FluoroEStradiol (FES), pour étudier respectivement la prolifération cellulaire tumorale et la présence et la fonctionnalité des récepteurs aux estrogènes, puis l’imagerie en développement de l’Human Epidermal Growth Factor Receptor-2 (HER2), destinés à la fois à la sélection de patients candidats à des thérapies innovantes et à la prédiction et l’évaluation de la réponse tumorale aux thérapies sont discutées. / Molecular imaging with biomarkers radiolabeled by positron emitters is commonly used in invasive breast cancers for initial staging or restaging, and for assessment of tumor response in neoadjuvant and metastatic settings. After general concepts of breast cancers and of the place of molecular imaging, results of studies I supervised and to which I contributed within the nuclear medicine team from Curie Institute - Saint-Cloud focused on molecular imaging in breast cancers are presented. These studies assessed the value of Positron Emission Tomography using FluoroDeoxyGlucose (FDG-PET) in recurrence suspected on tumor marker rising and in staging and assessment of tumor response to neoadjuvant chemotherapy (NACT) in inflammatory breast cancers. Moreover our team has studied the prognostic value of tumor response to endocrine therapy by FDG-PET in metastatic breast cancers. The problem of early assessment of tumor response to NACT by molecular imaging has led me to study a transgenic mouse model with other biomarkers than FDG, namely FLuoroThymidine (FLT) and pertechnetate. Quantification tools of tumor burden have been developed and allowed assessment of tumor response to cytotoxic drugs during a longitudinal follow-up of this model, but several limitations of preclinical imaging were encountered. Results of clinical studies on early assessment of tumor response to NACT with FDG as a biomarker are exposed, with emphasis on the influence of the molecular subtype on parameters defining a metabolic response. State of the art and perspectives with FLT and FluoroEStradiol (FES), as biomarkers of proliferation and of estrogen receptors respectively, then imaging of Human Epidermal Growth Factor Receptor-2 (HER2), for both selection of patients to innovative therapies and prediction and assessment of tumor response to systemic therapies are discussed.

Les gliomes malins constituent les tumeurs cérébrales primaires les plus agressives et le glioblastome (GBM) est la plus fréquente et agressive d’entre elles. La survie médiane associée n’est que de 14,6 mois. Dû au caractère hautement invasif de ces tumeurs, la résection maximale de la tumeur doit impérativement être suivie de traitement de radio- et/ou chimiothérapie. Cependant, la présence de la barrière hématoencéphalique et des mécanismes de chimiorésistance, tels que les pompes à efflux, limitent l’acheminement et l’efficacité des composés aux cellules tumorales. L’ouverture osmotique de la barrière hématoencéphalique (OBHE) a été développée afin d’améliorer l’acheminement d’agents anti-néoplasiques au cerveau et à la tumeur. Bien que plusieurs études aient été effectuées afin de caractériser son processus, beaucoup d’informations restent à découvrir afin d’approfondir nos connaissances sur l’OBHE et améliorer son application en clinique. Avec l’objectif ultime de contourner ces deux obstacles, j’ai caractérisé le processus dynamique de l’OBHE pour deux molécules de tailles différentes par imagerie par résonance magnétique dynamique, ainsi que pour une molécule étant un substrat des pompes à efflux par tomographie d’émission par positron dans le modèle murin Fischer-F98. J’ai également étudié l’expression et la localisation de différentes pompes à efflux par PCR quantitative et immunohistochimie dans des spécimens de gliomes malins. Les résultats obtenus démontrent que la barrière hémato-tumorale limite l’acheminement à la tumeur de composés de différent poids moléculaire. L’acheminement au parenchyme cérébral et à la tumeur suite à une procédure d’OBHE est aussi dépendant du poids moléculaire et de la taille de la molécule à acheminer. L’OBHE à moins d’être de qualité excellente, ne semble pas suffisante pour acheminer au parenchyme cérébral des substrats des pompes à efflux. Les GBM expriment la MRP1, MRP3 et BCRP à différents niveaux. La PGP, MRP1 et BCRP sont exprimées par les cellules endothéliales des microvaisseaux cérébraux. L’ensemble de ces résultats suggère que l’administration d’agents thérapeutiques suite à la procédure d’OBHE doit être optimisée selon l’agent administré et que l’inhibition de pompes à efflux ou une autre stratégie rendant les agents de chimiothérapie invisibles aux pompes à efflux sera bénéfique pour améliorer leur acheminement au système nerveux central et aux cellules tumorales.

Les tumeurs sont caractérisées par une croissance exacerbée ainsi qu’une capacité à pouvoir se disséminer dans l’organisme. Ces deux aspects sont assurés en partie par une expression et une sécrétion soutenues de protéases. Plus particulièrement, une expression importante et une délocalisation de la protéase à cystéine cathepsine B corrèle avec les pouvoirs métastatiques de plusieurs types de tumeurs. La cathepsine B est une protéase lysosomale dont le rôle majeur est de dégrader les protéines en fin de vie. Dans les cancers colorectaux, l’épithélium colique possède une importante activité cathepsine B dès l’apparition d’adénomes précoces, mais aussi dans des tumeurs avancées et métastatiques. Par ailleurs, une expression et une activité importante de cette enzyme sont des indices de mauvais pronostics de survie chez les patients atteints de cancers colorectaux. Le but de ce travail a été d’évaluer l’importance de la cathepsine B dans les processus tumorigéniques de lignées cancéreuses colorectales. Pour cela, nous avons analysé les statuts d’expression, de sécrétion et d’activité de la cathepsine B dans les cellules normales HIEC comparativement à sept lignées cancéreuses colorectales humaines. La cathepsine B est sécrétée par les lignées cancéreuses et par les cellules HIEC qui expriment néanmoins de hauts niveaux de cathepsine B intracellulaire et sécrètent la forme non-active de la cathepsine B. Par ailleurs, nous avons employé la technique d’interférence à ARN ciblant spécifiquement les transcrits de la cathepsine B dans deux lignées cancéreuses colorectales afin d’en évaluer l’impact sur leurs capacités de croissance et d’invasion. Le ciblage de la cathepsine B réduit de manière modeste la croissance sur plastique de ces deux lignées cancéreuses ; cependant, leur potentiel à former des colonies en indépendance d’ancrage ainsi que leur capacité à migrer et envahir la matrice extracellulaire sont drastiquement affectés par la baisse de cathepsine B. En parallèle, le ciblage pharmacologique des formes actives et sécrétées de la cathepsine B réduit les pouvoirs d’invasion des cellules cancéreuses sans interférer avec leur capacité à former des colonies en indépendance d’ancrage. De plus, nous avons pu montrer que le ciblage moléculaire de la cathepsine B dans les deux lignées cancéreuses réduit de manière importante leurs capacités tumorigéniques chez la souris. L’analyse biochimique des tumeurs sous-exprimant la cathepsine B révèle des niveaux plus importants de l’inhibiteur du cycle cellulaire p27[indice supérieur Kip1] ainsi qu’une réduction de la cycline B. Enfin, nous avons montré que la cathepsine B a la capacité de cliver directement l’inhibiteur p27[indice supérieur Kip1], contribuant ainsi à sa dérégulation dans le cancer colorectal. De plus, la génération d’un mutant de p27[indice supérieur kip1] non clivable par cette enzyme permet d’augmenter de manière significative la stabilité de l’inhibiteur. En résumé, l’ensemble de ces travaux montre que la cathepsine B est un acteur important dans les caractères tumoraux des cellules cancéreuses colorectales et que son ciblage moléculaire et/ou pharmacologique pourrait être une approche valide pour réduire l’expansion de ces tumeurs chez l’humain.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

En oncologie, l’anatomopathologie est le « gold standard » pour le diagnostic et l’évaluationpronostique de lésions tumorales à l’échelle tissulaire. Depuis peu, les spectroscopiesvibrationnelles, notamment IR, représentent des axes de développement prometteurs pour cettespécialité en ouvrant la voie à l’histologie spectrale. Bien que « la preuve de concept » de cettedémarche soit maintenant réalisée, il reste encore de nombreux points à traiter avant un transfertvers la clinique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à deux d’entre eux, impliqués dans lavitesse d’obtention, la qualité et le contenu informatif des images spectrales ; à savoir ledéparaffinage numérique des coupes tissulaires et la construction automatique et non supervisée deces images par biométrie floue. Afin de s’affranchir du déparaffinage chimique, nous avons montréque comparativement à l’ICA-NCLS, la méthode de prétraitement des spectres IR par EMSCs’avère la plus adaptée à l’élimination de la signature spectrale de la paraffine. Cette étape permetdonc l’utilisation directe de coupes tissulaires conventionnelles en histologie spectrale et rendpossible des études rétrospectives. La construction d’images spectrales capables de révéler les zonestumorales et les différentes structures tissulaires nécessite des méthodes performantes declassification des données IR. Basé sur la classification floue (FCM, Fuzzy C-Means), nous avonsmis au point un algorithme permettant d’optimiser le nombre de classes K et le paramètre de flou mde façon automatique et simultanée. L’algorithme a été testé au niveau de différents types decancers cutanés comme des carcinomes basocellulaires (BCC), spinocellulaires (SCC), maladies deBowen et mélanomes et comparé aux classifications « dures », comme le K-means (KM) etl’analyse par classification hiérarchique (ACH). Les images FCM révèlent une forte hétérogénéitéintra-tumorale pour les BCC, SCC et mélanomes et permettent de mieux caractériserl’interconnectivité entre les structures tissulaires saines et tumorales. De plus, pour certainestumeurs infiltrantes comme les SCC, un front d’invasion tumoral est mis en évidence ainsi que sesconnexions avec le tissu environnant. En conclusion, l’ensemble de ces résultats souligne le fortpotentiel de l’association microspectroscopie IR/biométrie floue pour la caractérisation de lésionstumorales / In oncology, anatomical pathology is the "gold standard" for diagnosis and prognostic evaluation of tumor lesions on a tissue scale. Since recently, vibrational spectroscopies, especially IR spectroscopy, represent promising guidelines of development for this specialty paving the way for spectral histology. Although "proof of concept" of this approach is now done, there are still many issues before its transfer into the clinic. In this study we focused on two important issues, namely digital dewaxing of the paraffin-embedded tissue sections, and automatic and unsupervised construction of spectral images by fuzzy biometric methods, which are rapid and provide high quality content spectral information.In order to overcome the chemical dewaxing, we have shown that compared to the ICA-NCLS, the IR spectra preprocessing method by EMSC is better for the elimination of paraffin spectral signature. This step thus allows the direct use of conventional tissue sections in spectral histology and enables retrospective studies. The construction of spectral images which reveal tumor areas and the different tissue structures requires efficient methods of IR data clustering. Based on the fuzzy clustering (FCM, Fuzzy C-Means), we developed an algorithm permitting to automatically and simultaneously optimize the number of clusters K and the fuzzy parameter m. This algorithm was applied to different types of skin cancers such as basal cell carcinomas (BCC), squamous cell carcinomas (SCC), Bowen's diseases and melanomas and compared with the "hard" clustering methods as K-means (KM) and Analysis by Hierarchical Clustering (AHC). The FCM images reveal strong intratumoral heterogeneity for BCC, SCC and melanomas and allow better characterization of the interconnectivity between the tumor and healthy tissue structures. In addition, for some invasive tumors such as SCC, a tumor invasive front is highlighted as well as its connections with the surrounding tissue. In conclusion, all these results highlight the potential of the IR microspectroscopy/fuzzy biometric methods association for characterization of tumor lesions.