La formation de métastases est un processus comportant de multiples étapes, présentées par le paradigme actuel comme devant être franchies séquentiellement par une (des) cellule(s) possédant l'ensemble des capacités génétiques et phénotypiques requises par ce processus sélectif. Les déterminants génétiques responsables de l'acquisition du phénotype métastatique restent cependant incomplètement déterminés à ce jour. Une première approche, dans un modèle in vivo de cancer colo-rectal humain, démontre qu'il existe une coopération entre cellules tumorales métastatiques et non métastatiques. Nous rapportons l'existence d'une colonisation spécifique des métastases (établies par des cellules caractérisées par leur potentiel métastatique) par des cellules tumorales incapables de métastaser seules. Cette colonisation des métastases n'est pas due à l'existence d'embols tumoraux mixtes (qui seraient faits de cellules métastatiques et non métastatiques), ni à l'induction d'un switch métastatique pérenne au sein des cellules tumorales non métastatiques. Cette observation remet fortement en cause le modèle actuel selon lequel les métastases ne seraient formées que par un sous-clone précis de la tumeur primitive et introduit la notion nouvelle de coopération intercellulaire. Une deuxième approche conerne les cellules tumorales disséminées (DTC) dans la moelle hématopoiétique (micrométastases médullaires) dans une cohorte de plus de 800 patientes présentant un cancer du sein. L'existence des DTC, génétiquement hétérogènes et ne donnant pas obligatoirement lieu à une croissance tumorale secondaire, reste en effet inexpliquée par la théorie prévalente de la « sélection clonale ». En situation adjuvante (n=621), nous rapportons que les DTC ont un impact pronostique fort et indépendant sur la survie sans métastase et la survie globale, mais aussi sur la survie sans récidive loco-régionale. Une analyse complémentaire des récidives loco-régionales suggère que l'existence de DTC est associée à une dissémination ganglionnaire nécessitant un traitement par radiothérapie étendu aux aires ganglionnaires susclaviculaires et mammaires internes. En situation métastatique (n=138), nous montrons que les DTC n'ont plus d'impact pronostique, au contraire des cellules tumorales circulantes. Nous rapportons par ailleurs que l'existence de ces cellules disséminées (et potentiellement dormantes) sont associées à un temps jusqu'à la rechute métastatique plus long, suggérant l'existence d'un processus alternatif à la dissémination/dormance, potentiellement plus rapide. Nos travaux montrent donc les limites de la théorie de la sélection clonale et suggérent l'existence d'une coopération intercellulaire ainsi que de possibles voies alternatives de dissémination micrométastique. Les progrès futurs nécessiteront probablement l'analyse intégrée des différentes étapes du processus métastatique qui sont devenues récemment accessibles : tumeur primitive, cellules tumorales circulantes, DTC et macrométastases finales.

Les nanoparticules magnétiques peuvent être utilisées pour détruire des cellules cancéreuses. La connaissance des propriétés rhéologiques de ces cellules permet de modéliser le mouvement des particules sur la surface des membranes et de mieux comprendre les mécanismes en jeu. Une première approche fut d'utiliser des microsondes magnétiques pour déterminer les propriétés viscoélastiques du milieu cellulaire. Puis une technique plus directe à l'aide d'un AFM a été utilisée. Nous avons à cet effet développé une méthode générale d'analyse du mouvement de la pointe AFM pour les étapes d'indentation et de relaxation, ce qui permet une détermination plus précise des paramètres rhéologiques de cellules et en particulier de la lignée Hep-G2. La modélisation du comportement viscoélastique des cellules a ensuite permis de calculer l'indentation de ces cellules par des particules magnétiques soumise à un gradient de champ magnétique. Des nanoparticules de fer en forme de fuseau, recouvertes d'or, ainsi que des nanofibres de cobalt ont été synthétisées au laboratoire. Nous avons montré que l'application d'un champ magnétique de basse fréquence (quelques Hz) sur ces nanoparticules de fer pouvait "in vitro" détruire des cellules cancéreuses mais que, par contre, un champ constant n'avait pratiquement aucun effet. En s'appuyant sur la modélisation de l'indentation, on montre que seule la formation de clusters de particules peut expliquer ces résultats. A coté de la magnétolyse par voie mécanique, nous avons montré qu'il était aussi possible d'utiliser l'importante hystérésis magnétique des nanoparticules de cobalt pour le traitement par hyperthermie de cellules cancéreuses à des fréquences aussi basses que 10 kHz.

Introducción: El cáncer escamoso de cabeza y cuello (CECC) es una patología con alta incidencia en nuestro medio. Los segundos tumores primarios (STP) y las recidivas tumorales (RT) tienen gran trascendencia en la progresión de la enfermedad y en la supervivencia de los pacientes. Objetivos: estudiar los cambios génicos en STP y RT para contribuir al conocimiento de la progresión tumoral, con posibles implicaciones en el diagnóstico precoz y en el pronóstico. Metodología: Se estudian 36 pacientes con CECC, 21 desarrollaron STP y 15 RT. Se excluyeron los que habían recibido radioterapia entre ambos diagnósticos. Empleamos la técnica de MLPA que utiliza una mínima cantidad de ADN (>20 ng) y permite amplificar más de 40 secuencias distintas de ADN, obteniendo un patrón de pérdidas/ganancias. Resultados: Los STP tienen mayor supervivencia (67%) que las RT (20%). Los cambios génicos que diferencian los CECC iniciales de los STP fueron las pérdidas en IL2, AI651963, IL18, BRCA2, DLEU, CDH2 y la ganancia de CDKN2D. Para las RT las pérdidas en IGSF4 y TP53 y las ganancias en LMNA y PTPN1. Los cambios génicos que diferencian los STP y las RT fueron las pérdidas en TP53, CDKN2A, AI651963, RENT2, IL18 y las ganancias en LMNA, CTSB, PTPN1 y N33. Entre los CECC con su correspondiente STP y RT predominan las discordancias, aunque también se observan concordancias. Conclusiones: El estudio realizado demuestra buen número de cambios génicos que diferencian los grupos estudiados, algunos no descritos previamente. El gran número de discordancias entre los CECC y sus RT, junto con algunas concordancias entre CECC y STP, sugieren que los criterios clínicos de progresión tumoral no son adecuados y deben modificarse por los genéticos.

Thèse de doctorat : Pharmacologie moléculaire et cellulaire : Strasbourg 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 197-221.

Colorectal tumors with mutations on Wnt family members show an overexpression of several Notch target genes, suggesting a link between Wnt and Notch signaling pathways. In this work, we have demonstrated that there is a direct relation between Wnt and Notch pathways that it is responsible for the maintenance of the intestinal proliferative compartment and crucial for intestinal tumorigenesis. We have identified two different mechanisms through β-catenin interacts with Notch to activate transcription: 1) β-catenin activates Notch through the transcriptional activation of Notch ligand Jagged1. Jagged1 expression leads the binding to the Notch receptor, promoting its cleavage and activation. This mechanism occurs in human colorectal tumors, with nuclear β-catenin, overexpressed Jagged1 and activated Notch. 2) β-catenin and Notch bind simultaneously to a specific group of gene promoters. We observed that this group of genes is overexpressed in tumours with mutations in Wnt signaling. Moreover, β-catenin and Notch physically interact in the nucleus of colorectal tumour cell lines. We have characterized a group of genes that are double target genes for β-catenin and Notch; in other words, these genes require the activation of both Wnt and Notch signaling pathways. These genes are expressed in the intestinal undifferentiated compartment. The loss of any of these signalling pathways reduced stem cell marker expression, reinforcing the importance of the interaction between both signalling pathways. The study of conditional knockouts mice for Jagged1 indicated that Jagged1 is not required for maintaining the intestinal homeostasis. However, Jagged1 is crucial during the tumorigenic process. Our data opens a new possibility for colorectal treatment, using inhibitors of Notch ligand Jagged1, avoiding side effects in the intestinal normal tissue.

Th.--Méd.--Nancy 1, 1983. N°: 56.

Dans ce travail, nous avons pu sélectionner par la méthode SELEX un aptamère à ARN modifié, appelé Apt1, qui se lie avec une haute affinité au récepteur CD44. L'aptamère sélectionné a été modifié avec par des 2'-F-pyrimidines afin d’augmenter sa stabilité vis-à-vis des nucléases pour une application thérapeutique. Cet aptamère a été ensuite greffé sur des liposomes contenant des séquences de siRNA dirigées contre un gène rapporteur, dans le but d’un ciblage actif des cellules tumorales exprimant le récepteur CD44. Cette fonctionnalisation a été réalisée par la conjugaison d’un dérivé 3'-thiol de Apt1 et un dérivé maléimide de phospholipides, directement à la surface des liposomes, ou bien séparément puis par post-insertion sur les liposomes. Les liposomes ainsi formulés présentent une forte affinité pour les cellules exprimant le CD44 sans déclencher de réponse inflammatoire au sein de ces cellules. En outre, nous montrons que l'inhibition du gène rapporteur est augmentée et prolongée lorsque l’aptamère est couplé aux liposomes chargés aux siRNA, in vitro ainsi qu’in vivo sur un modèle murin orthotopique de cancer du sein. De tels vecteurs de siRNA constituent donc un outil prometteur pour le ciblage actif de tumeurs exprimant le récepteur CD44. L'étape suivante consistera charger ces vecteurs par des séquences de siRNA permettant de réprimer des oncogènes. / In this work we succeeded to select a modified RNA aptamer, named Apt1, to bind the human CD44 receptor protein with high affinity using the Systemaic Evolution of Ligands by EXponential enrichment (SELEX) method. The selected aptamer was modified with 2'-F-pyrimidines to increase its stability against nucleases for therapeutic applications. Furthermore, we designed and characterized aptamer-functionalized liposomes loaded with siRNA molecules against a reporter gene as a model drug delivery system for the active targeting CD44-expressing tumor cells in vitro and in vivo. Such functionalization was performed by conjugation of 3'-thiol-modified Apt1 to maleimide-modified phospholipids, either on the surface of liposomes, or separately, followed by post-insertion onto liposomes. The targeted liposomes displayed high affinity for CD44-positive cells without triggering any inflammatory response within these cells. Moreover, we show that a higher and prolonged inhibition of the targeted gene can be achieved when siRNA-loaded liposomes are functionalized by the aptamer, both in vitro and in vivo on a murine orthotopic breast cancer model. Such a delivery system may thus be a useful tool for the active targeting of CD44-expressing tumors and silencing oncogenes in vivo.

Ce travail s’inscrit dans la caractérisation des cellules radiorésistantes dans les cancers du sein, à l’origine des rechutes après traitement. Si de nombreuses données de la littérature indiquent un lien étroit entre la présence des « Cellules Souches Cancéreuses » (CSC) et la résistance aux traitements anticancéreux, la radiorésistance « intrinsèque » des CSC ainsi que les mécanismes impliqués restent encore mal définis.L’équipe du Dr. Weinberg a développé un modèle cellulaire in vitro permettant la génération de CSC mammaires humaines, « CD24-CD44+ », à la suite d’une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) induite par une exposition au TGF-β1. Basée sur l’utilisation de cellules mammaires humaines saines qui ont été ensuite immortalisées puis transformées, ce modèle a permis d’approfondir la compréhension de nombreux processus tumoraux tels que la TEM.Ainsi, dans ce contexte, mon projet de thèse a consisté à utiliser ce modèle afin de comparer la radiosensibilité des cellules « CD24-CD44+ » à celle des cellules « CD24+CD44- ». Le choix du modèle repose sur le fait qu’il permet la comparaison de cellules à deux stades différents de la progression tumorale.Après un rappel des connaissances nécessaires à la compréhension de ce travail, le manuscrit présente dans un premier temps la caractérisation du modèle cellulaire utilisée puis la réponse à l’irradiation des cellules du modèle. L’étude de la réponse à l’irradiation a permis de décrire le phénotype de radiorésistance des cellules « CD24-CD44+ » à travers un faible blocage en G2/M, une faible proportion de cellules polyploïdes ainsi qu’une capacité accrue à donner une descendance après irradiation (10 Gy).Ensuite, l’implication des mécanismes de mort apoptotique des cellules « CD24-CD44+ » dans le phénotype de radiorésistance a été montré. Ainsi, la mort cellulaire réduite retrouvée dans les « CD24-CD44+ » est liée à une plus faible activation des voies apoptotiques.Dans un dernier temps, l’identification d’une signature transcriptionnelle de gènes de détoxification lors de la caractérisation des cellules de notre modèle a permis de mettre en évidence la modulation radioinduite de deux de ces gènes, SOD2 et HMOX1, après stress radioinduit dans les cellules « CD24-CD44+ ». / This works aims at characterizing radioresistant cells within human breast cancer development that is responsible for treatment failure and cancer recurrences. Although the literature is flourishing with papers tightly linking the presence of "Cancer Stem Cells" to cancer treatment resistance, the intrinsic radioresistance of those "CSC" and the mechanism involved have yet to be established.Dr. Weinberg and his team have developed an in vitro cell model that produces mammary tumor cells noted « CD24-CD44+ » after an epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) induced by TGF-β1. This model is based on healthy human mammary cells that have been immortalized and transformed.Within this context, my Ph.D. project has focused on using this new model in order to compare the radiosensibility of two cell lines: the « CD24-CD44+ » cells and the « CD24+CD44- » one. Underlying this choice is the fact this model allows for a comparison of two cellular populations at distinct stage of the tumor’s development.This work has shed light on apoptotic and detoxification mechanism involved in the radio resistant behavior of the « CD24-CD44+ » cells. After a brief introduction of key concepts required to the understanding of this work, this manuscript will begin by presenting the characterization of the chosen model, then a study of the radiation response that enabled a first description of the « CD24-CD44+ » cell radioresistant phenotype through a mild stop at the G2/M stage of the cell cycle, the presence of polypoid cells and a high progeny generation ability after exposure to radiation.Furthermore, this works shows implications of apoptotic mechanism of « CD24-CD44+ » cells with a radioresistance phenotype. Hence, we were able to show that reduced cell death observed for the « CD24-CD44+ » cells is linked to a lower activation of apoptotic pathways.Finally, the last part will present detoxification mechanism involved in « CD24-CD44+ » radioresistance phenotype, showing an altered transcriptional signature of two detoxication genes SOD2 and HMOX1 after exposure to radiation.

Nous avons abordé dans l’ensemble de nos travaux deux paramètres importants pour l’immunomonitoring des patients atteints d’un cancer : les cellules tumorales circulantes (CTC) comme un indicateur de la « charge antigénique tumorale » et la réponse immune lymphocytaire T spécifique d’antigènes associés aux tumeurs (AAT). Nous avons évalué d’abord la valeur diagnostique et pronostique des CTC dans les cancers des voies aérodigestives supérieures (« HNSCC » en anglais) par une revue systématique et meta-analyse de la littérature. Les preuves actuelles identifient le test de détection de CTC comme un test extrêmement spécifique, mais de faible sensibilité dans les HNSCC. En outre, la présence de CTC indique une DFS (« disease free survival ») inférieure. Nous rapportons également pour la première fois un cas rare d’énumération extrêmement élevée de CTC détectées par le système CellSearch® chez un patient présentant un carcinome épidermoïde de la cavité buccale en utilisant. Le nombre absolu de CTC pourrait donc prédire une phase particulière de développement du cancer ainsi qu'une mauvaise survie, contribuant potentiellement à une prise en charge médicale personnalisée. De plus, nous décrivons une adaptation de la méthode CellSearch® qui nous avons développée pour détecter les cellules tumorales dans le liquide céphalo-rachidien de patients atteints de méningites carcinomateuses. Cette nouvelle approche permet une sensibilité nettement améliorée en comparaison avec la cytologie conventionnelle. La technologie CellSearch®, appliquée à des volumes limités des échantillons et permettant une augmentation du temps pré-analytique, pourrait ainsi avoir un grand intérêt dans le diagnostic de métastases leptoméningées chez les patients atteints d’un cancer d’origine épithéliale. Par une évaluation concomitante des CTC et des réponses lymphocytaires spécifiques aux AAT chez 24 patients avec HNSCC, nous avons trouvé que les CTC pourraient être un indicateur indépendant de la charge tumorale immunogène. L'absence de CTC, la présence de lymphocytes T spécifiques aux AAT, ou la combinaison de ceux-ci, étaient tous des paramètres montrant une tendance pour une meilleure survie globale ou une survie sans maladie. L’amplitude et les signatures fonctionnelles des lymphocytes T spécifiques aux AAT chez les patients atteints de HNSCC étaient associées à la présence de CTC. Ces résultats suggèrent qu’une évaluation concomitante de ces deux paramètres pourrait être plus informative sur le pronostic et potentiellement sur l’impact des traitements (notamment dans la perspective d’un traitement par des « immune checkpoints ») / We have evaluated herein two important parameters in the immunomonitoring of cancer patients: circulating tumor cells (CTC) as an indicator of “tumoral antigenic load” and tumor-associated antigens (TAA) specific T-cells. We firstly evaluated the diagnostic and prognostic value of CTC in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma (HNSCC) by a systematic review and meta-analysis. We came to the conclusion that current evidence identifies the CTC detection test as an extremely specific but low sensitive test in HNSCC. In addition, the presence of CTC indicates a worse disease-free disease (DFS). Also, we report for the first time a rare case of extremely high enumeration of circulating tumor cells detected in a patient with squamous cell carcinoma of the oral cavity using the CellSearch® system. The absolute number of CTC could therefore predict a particular phase of cancer development as well as a poor survival, potentially contributing to personalized health. In addition, we describe an adaptation of the CellSearch® method that we have developed for detecting tumor cells in the cerebrospinal fluid of patients with carcinomatous meningitis. This new approach reaches a significantly improved sensitivity compared to conventional cytology. CellSearch® technology, applied to limited sample volumes and allowing an increased pre-analytical time, may be of great interest in the diagnosis of leptomeningeal metastases in patients with epithelial cancer. By a concomitant evaluation of CTC and TAA-specific lymphocyte responses in 24 HNSCC patients, we describe that CTC could be an independent indicator of immunogenic tumor burden. The absence of CTC, the presence of TAA-specific T-cells, or the combination of these, were all parameters showing a trend for a better overall survival or DFS. The amplitude and functional signatures of TAA-specific T-lymphocytes in patients with HNSCC were associated with the presence of CTC. These results suggest that a concomitant evaluation of these two parameters may be more pertinent for prognosis assessment as well as for treatment impact, especially in “checkpoint-inhibitors” new immunotherapies

Nous avons étudié le transcriptome de neuf échantillons d'ARN extraits de cultures primaires de cellules non tumorales de l’épithélium de surface de l’ovaire (NOSE) provenant de quatre donneuses non porteuses de mutation, deux mutées sur BRCA1 et trois sur BRCA2, ainsi que de quatre échantillons d’ARN extraits de cultures primaires de cellules tumorales de l’ovaire (TOV) provenant de trois donneuses porteuses de mutation sur BRCA1 et une sur BRCA2. Nous avons identifié, pour la première fois, les signatures moléculaires associées à la présence d’une mutation de BRCA1 et BRCA2 dans les cellules NOSEs ainsi que la signature associée à la transformation tumorale des cellules NOSEs en TOVs chez les porteuses de mutation de BRCA1. Nous avons également localisé les domaines chromosomiques comportant des gènes corégulés en association avec la présence d’une mutation de BRCA1 dans les cellules NOSEs. Les allèles sauvage et muté de BRCA2 étaient exprimés dans les cellules TOVs provenant des porteuses de la mutation 8765delAG sur BRCA2. Nous avons observé que le niveau d’expression des transcrits de BRCA2 était plus élevé dans les cellules provenant des tumeurs ovariennes les plus agressives chez les femmes porteuses de la mutation 8765delAG sur BRCA2, les transcrits correspondants à l’allèle muté contribuant avec un pourcentage élevé du niveau d’expression total du gène. Le phénotype tumoral observé chez les Canadiennes Françaises porteuses de cette mutation pourrait résulter d’un effet de dosage de l’allèle muté. / We analyzed the transcriptome of nine primary cultures of non-tumor ovarian surface epithelium cells (NOSE) from four non-carriers, two BRCA1 and three BRCA2 carriers, and four primary cultures of tumor ovarian cells (TOV) from three BRCA1 and one BRCA2 carriers. We identified the first molecular signatures associated with the presence of BRCA1 and BRCA2 mutations in NOSEs and the first molecular signature associated with the transformation from NOSEs to TOVs in French Canadian women carriers of BRCA1 mutation. Moreover, we localized some co-regulated chromosomal domains associated with the presence of a BRCA1 mutation in NOSE cells. Wild-type and mutated BRCA2 allelic transcripts were expressed in tumor cells from 8765delAG BRCA2 mutation carriers, with the highest level of BRCA2 transcript expression and the highest contribution of the mutated allele in cells originating from the most aggressive ovarian tumors. The observed phenotype in BRCA2-mutated cells as well as the aggressiveness of the tumor could result from a dosage effect of the BRCA2 mutated allele.