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<p>Regulators of G protein signaling (RGS) proteins are key negative regulators of Gα signaling, a branch of G-protein-coupled receptor (GPCR)-mediated signal transduction. Approximately 35% of drugs approved by the Food and Drug Administration (FDA) target GPCRs, so it is not surprising that the discovery of RGS proteins has triggered an interest in them as new drug targets. Even though many studies have been shown the involvement of RGS proteins in cancers, there is still a knowledge gap in understanding function and regulation of RGS proteins in these diseases. Consequently, in this thesis, I explored roles of two RGS proteins that have been implicated in cancers.</p> <p>RGS2 is proposed to act as a tumor suppressor in many different cancers, such as breast cancer, bladder, and ovarian cancer. Here, we investigated if RGS2 also plays a tumor suppressor role in UM, whose growth is driven by overactivated Gαq/11 signaling. We found that increased expression levels of RGS2 inhibit cell growth of UM 92.1 and Mel-202 cells. Mechanistically, this cell growth inhibition is dependent on the association between RGS2 and Gαq, but independent of its canonical GTPase-accelerating protein (GAP) activity. Furthermore, RGS2 inhibited the Mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling, downstream of Gαq, while leaving Yes-associated protein 1/Transcriptional coactivator with PDZ-binding motif (YAP/TAZ) activation unaffected. These data indicate a tumor suppressor role for RGS2 in UM and proposes RGS2 stabilization as a potential therapeutic targeting strategy. </p> <p>In contrast to RGS2, RGS20 contributes to cancer progression, particularly in breast cancer. However, how RGS20 is regulated is understudied. Palmitoylation, a reversible post-translational modification, regulates functions of other RGS proteins, and RGS20 is predicted to be palmitoylated. We provided direct evidence of RGS20 palmitoylation in cells and validated the palmitoylation site as the conserved cysteine (Cys148) in the RGS domain. Our results showed that palmitoylation on this site does not affect its GAP activity and subcellular localization, but it affects the association between RGS20 and active Gαo, and inhibition of Gαo-mediated signaling. This study serves as a foundation for future studies in furthering understating the role of palmitoylation in RGS20 function and its possible implications in cancer biology. </p>

La choroïde ou uvée, située entre la rétine et la sclérotique, est une membrane vasculaire qui tapisse la paroi de l’œil, son rôle est d’assurer l’apport en nutriment de la rétine et de l’iris. Ce tissu peut être le siège de nombreuses tumeurs, bénignes ou malignes. Le mélanome de la choroïde est la tumeur intra-oculaire la plus fréquente de l’adulte mais les facteurs de risque sont mal connus: l’exposition aux ultraviolets n’est pas clairement établi dans la genèse de la tumeur, de même que l’âge ou le sexe.L’énucléation a longtemps été considérée comme la seule option thérapeutique, mais depuis de nombreuses années, des techniques dites conservatrices de l’œil se sont développées. Des études ont montré qu’il n’y a pas de différence significative de survie entre les patients ayant subis une énucléation et les patients traités avec des méthodes conservatrices. De plus, à ce jour, aucune thérapie adjuvante n’a montré son efficacité après le traitement du mélanome oculaire primaire. En effet, malgré un traitement initial bien adapté, la moitié des patients va récidiver sur le mode métastatique. Environ 30\% des patients récidivent dans les 5 ans, ce chiffre augmente jusqu’à 50\% à 15 ans.L’œil étant dépourvu de structures lymphatiques, la diffusion métastatique du melanome uvéal se fait par voie hématogène. Le foie est le site privilégié de développement de métastases, faisant toute la gravité du pronostic. La médiane de survie après apparition de métastases est de 2 à 6 mois en l’absence de traitement. Il peut exister de façon plus anecdotique des métastases pulmonaires, ganglionnaires, osseuses ou cutanées.Sur un plan génétique, les critères les plus fréquemment détectés pour le mélanome uvéal sont la perte du chromosome 3 et le gain du 8q. Plusieurs études montrent dans beaucoup de cas des aberrations chromosomiques non aléatoires sur les chromosomes 1, 3, 6 et 8 et que la perte du chromosome 3 et le gain du 8q sont associés significativement à une survie réduite et au développement de métastase. Plusieurs rapports suggèrent deux entités distinctes de mélanome uvéal (avec et sans monosomie du chromosome 3) qui ne peuvent pas être différenciées du fait de leur aspect clinico-pathologique similaire.Afin d’améliorer le diagnostic et le traitement du mélanome de la choroïde, nous proposons d’effectuer des analyses d’expression et du nombre de copie d’ADN de ce mélanome particulier, avec pour objectifs : l’identification des gènes liés à l’apparition de métastase pour classer les patients à haut risque afin qu’ils puissent bénéficier d’une immunothérapie adjuvante spécifique, la caractérisation de ces gènes au niveau moléculaire, et l’étude du potentiel de ces gènes en tant que cibles thérapeutiques.Dans ce manuscrit je décrirai en détail le lignage mélanocytaire afin de comprendre les particularités du mélanome de la choroïde par rapport au mélanome cutané, puis j'aborderai l'importance des approches haut débit dans l'étude des cancers et les techniques d'analyse bioinformatiques utilisées. Je présenterai ensuite les différents résultats obtenus comme la mise en évidence d'une phosphatase, PTP4A3, qui semble avoir de l'importance dans le développement métastatique du mélanome de la choroïde. / The choroid is a layer of highly vascularised tissue surrounding the eye. Choroidal blood nourishes the retinal pigment epithelium and the photoreceptors on the outer layer of the retina. Uveal melanoma occurs to the detriment of uveal melanocytes (located in the iris, ciliary body and choroid) and is the most common intraocular malignancy in adults. The etiological factors involved in the process of malignant transformation are poorly understood. There is a doubtful role of environmental factors such exposure to sunlight, age or sexe in the emergence of uveal melanoma.The management of uveal melanomas has greatly evolved, moving towards more focused and conservative treatments (such as observation, photocoagulation, thermotherapy, radiotherapy). According to literature, there is no significant difference in survival between patients treated with enucleation and those treated with conservative methods. To date, no adjuvant therapy has proven effective following the initial treatment of ocular melanoma. The metastatic pattern for uveal melanoma differs from that of skin melanoma and is usually located in the liver. About 50\% of patients will develop metastases after a median time of three years, and will ultimately die of their disease. Once the disease becomes metastatic, median survival ranges from two to six months, and only 15\% of the patients survive more than one year. Surgical resection of metastases is feasible only if occurring in limited areas. Genetic differences may be the origin of the various types of melanoma and their different features. Multivariate analyses of genomic imbalances, showed that cutaneous and uveal melanomas presnted different copy number changes. The most frequently detected imbalances in uveal melanoma is the loss of chromosome 3 and gain of 8q. Further studies revealed that most cases show non-random chromosomal aberrations of chromosomes 1, 3, 6 and 8 and that the loss of chromosome 3 and gain of 8q were significantly associated with overall survival and the development of metastases. Some reports suggested two distinct entities of uveal melanoma (with or without chromosome 3 monosomy) previously unrecognized because of their similar clinicopathological features. In order to improve diagnosis and treatment of uveal melanoma, we propose to perform transcriptome and DNA copy number analysis with following objectives : identify genes linked to metastasis behaviour to identify high risk patients who could take advantage of specific adjuvant therapy ; characterize these genes at molecular level ; study if these genes could be powerful therapeutic target.In this thesis, I will describe the melanocyte lineage in order to understand differences observed between cutaneous and uveal melanoma, then I will discuss the importance of high-throughput approaches in the study of cancer and bioinformatics analysis techniques used. I will finally present the different results as the significance of a phosphatase, PTP4A3, which seems to be relevant in metastatic behaviour in uveal melanoma.

The eye contains closely related but widely different tissues, offering a unique opportunity to investigate the phenotype and function of monocyte-derived cell populations within functionally unique microenvironments in a single complex organ. The uveal tract and retina contain rich networks of immune cells that reside and traffic through the eye, these cells having been implicated in various ocular inflammatory processes and immune-mediated diseases. One such inflammatory condition is human posterior uveitis, an autoimmune disease mainly affecting the retina. As current treatments for posterior uveitis only serve to slow down disease progression, studies using animal models, namely, experimental autoimmune uveoretinitis (EAU), have focused on determining the key cellular and molecular mediators involved in disease initiation in order to expand the potential for novel therapeutic applications. The overall purpose of experiments in this thesis was to explore monocyte-derived cell populations of the uveal tract and retina, this being achieved by utilising a novel transgenic mouse model. Cx3cr1gfp/gfp transgenic mice on both BALB/c and C57Bl/6 backgrounds contain an enhanced green fluorescent protein (eGFP) encoding cassette knocked into the Cx3cr1 gene, disrupting its expression but facilitating GFP expression under the control of the Cx3cr1 promoter. Heterozygous (Cx3cr1+/gfp) mice were generated by crossing Cx3cr1gfp/gfp mice to wild-type (WT) mice. This transgenic model allowed for the exquisite visualisation of Cx3cr1-bearing monocyte-derived dendritic cells (DC) and macrophages in ocular tissues, whilst also enabling the investigation of a potential role for Cx3cr1 in recruiting monocyte-derived cells to the eye in steady-state and inflammatory conditions.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2002. / Härtill 4 uppsatser.

Le mélanome uvéal constitue le cancer intraoculaire le plus fréquent chez l’adulte. Il s’agit d’un cancer très agressif puisque plus de 50% des patients développent des métastases principalement localisées au niveau du foie. Dans le but d’identifier des gènes pronostiques de développement métastatique, nous avons comparé le transcriptome de 28 tumeurs de mélanome uvéal issues de patients ayant développé des métastases dans les trois années qui ont suivi l’énucléation et 29 tumeurs issues de patients n’ayant pas développé de métastases ou ayant développé des métastases après 36 mois. Le gène PTP4A3/PRL-3 (protein tyrosine phosphatase type IV member 3/Protein of Regenerating Liver-3) a été identifié comme prédictif de l’apparition de métastases. Il code une phosphatase et sa surexpression dans des cellules de mélanome uvéal augmente leur migration in vitro et leur invasivité in vivo. Les évènements protéolytiques à la surface des cellules sont essentiels pour la migration et l’invasivité durant plusieurs processus physiologiques ou pathologiques tels que le développement de métastases. Ces évènements sont assurés par les métalloprotéases (MMPs) qui sont responsables de la dégradation et du remodelage de la matrice extracellulaire.Dans la première partie de cette thèse, nous avons observé que la métalloprotéase transmembranaire MT1-MMP est enrichie à la surface des cellules de mélanome uvéal OCM-1, des cellules MP41 issues de xénogreffes de tumeurs de mélanome uvéal humaines ou dans des tumeurs primaires de mélanome uvéal, surexprimant PTP4A3. Nous avons aussi observé que cette accumulation de MT1-MMP à la surface des cellules de mélanome uvéal est accompagnée d’une accumulation de la sécrétion de MMP2 dans le milieu extracellulaire des cellules exprimant PTP4A3. De plus, nous avons montré que PTP4A3 et MT1-MMP s’associent physiquement et que le trafic vésiculaire de MT1-MMP est accéléré dans les cellules exprimant PTP4A3 mais pas dans celles exprimant le mutant catalytique inactif PTP4A3(C104S). Enfin, nous avons démontré que l’inhibition de l’expression de MT1-MMP dans les cellules exprimant PTP4A3 diminue leur migration in vitro et leur invasivité in vivo. Pour conclure, nos résultats indiquent que PTP4A3 agit en amont de MT1-MMP à travers une accélération de son trafic vésiculaire et son accumulation à la surface des cellules afin de promouvoir la migration et l’invasivité cellulaires.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle de PTP4A3 pendant le développement embryonnaire. Les mélanocytes, incluant ceux de l’uvée, dérivent de la crête neurale pendant le développement embryonnaire. Nous avons alors supposé que la fonction de PTP4A3 pendant la progression métastatique pourrait refléter un rôle de la phosphatase dans la migration des cellules de crête neurale pendant le développement embryonnaire. Dans cette partie de la thèse, nous avons montré que PTP4A3 joue un rôle important dans la migration des cellules de crête neurale céphalique pendant le développement de l’embryon de Xenopus laevis. La perte de fonction de PTP4A3 provoque une réduction du territoire de la crête neurale, alors que le gain de fonction de cette phosphatase élargit les faisceaux de migration des cellules de crête neurale céphalique. De plus, des expériences d’isogreffes montrent que les explants de crête neurale dépourvus de l’expression de PTP4A3, sont incapables de migrer dans les embryons greffés. Plus encore, l’inhibition pharmacologique de PTP4A3 dans des cellules de crête neurale en culture diminue de façon significative leur vitesse de migration in vitro. Les résultats de cette étude démontrent que PTP4A3 est requise pour la migration des cellules de crête neurale céphalique in vivo pendant le développement embryonnaire de Xenopus laevis. Donc, les effets pro-migratoire et -invasif reliés à l’expression de la protéine PTP4A3 peuvent refléter son rôle durant la migration des cellules de crête neurale. / Uveal melanoma (UM) is the most common intraocular malignancy in adults and is an aggressive tumor since about 50% of patients will develop metastases mostly in the liver. In order to identify metastasis prognostic genes, we compared 28 uveal melanoma tumors from patients who developed metastases within three years after enucleation to 29 tumors from patients who did not develop metastases or who developed metastases after 36 months. The PTP4A3/PRL-3 gene (protein tyrosine phosphatase type IV member of Regenerating Liver 3/Protein-3) was identified as a strong predictor of metastasis occurence. PTP4A3 encodes a dual specificity phosphatase and its expression in UM cells increases their in vitro migration and in vivo invasiveness. Proteolytic events at the cell surface are essential for cell migration and invasiveness during many physiological and pathological processes such as tumor metastasis. MMPs are responsible for the degradation and turnover of the extracellular matrix (ECM). In the first part of this thesis, We found that the membrane anchored MT1-MMP is enriched at the cell surface of OCM-1, xenograft MP41 or primary human uveal melanoma tumors expressing PTP4A3. We also found that membrane accumulation of MT1-MMP in presence of PTP4A3 in OCM-1 cells is accompanied by enhanced secretion of MMP2 in the extracellular medium. Moreover, we demonstrated that PTP4A3 and MT1-MMP physically associate and that the vesicular trafficking of MT1-MMP is accelerated in presence of active PTP4A3 but not in presence of the mutant PTP4A3(C104S). Furthermore, we found that inhibition of MT1-MMP expression in PTP4A3 expressing uveal melanoma cells impairs their migration in vitro and invasiveness in vivo. Collectively, our results indicate that PTP4A3 acts upstream of MT1-MMP through acceleration of its vesicular trafficking and accumulation at the cell surface to enhance cell migration and invasiveness of uveal melanoma cells. In the second part of this thesis, we investigated the role of PTP4A3 during embryonic development. Melanocytes, including uveal melanocytes, are derived from the neural crest during embryonic development. We therefore suggested that PTP4A3 function in uveal melanoma metastasis may be related to an embryonic role during neural crest cell migration. We show that PTP4A3 plays a role in cephalic neural crest development in Xenopus laevis. PTP4A3 loss of function resulted in a reduction of neural crest territory, whilst gain of function experiments increased neural crest territory. Isochronic graft experiments demonstrated that PTP4A3-depleted neural crest explants are unable to migrate in host embryos. Pharmacological inhibition of PTP4A3 on dissected neural crest cells significantly reduced their migration velocity in vitro. Our results demonstrate that PTP4A3 is required for cephalic neural crest migration in vivo during embryonic development.Therefore, the pro-invasive and migratory effects related to the expression of PTP4A3 protein may reflect its role during neural crest migration. Thus, understanding the mechanism of action of PTP4A3 during NC migration may provide insight into PTP4A3 related migratory and invasive phenotypes in human uveal melanoma pathology.

Die Bestrahlungstherapie von Aderhautmelanomen mit der Protonentherapie stellt ein sehr präzises Behandlungsverfahren dar, welches hohe Ansprüche an die zugrundliegende Bildgebung stellt. Die Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) scheinen prinzipiell in der Lage, mit geeigneten Oberflächenspulen bzw. angepaßter Untersuchungstechnik diese Ansprüche zu erfüllen. Ziel der Arbeit ist die Bereitstellung und Überprüfung eines bildgebenden Systems, das einerseits die diagnostischen und differentialdiagnostischen Aufgaben für die Differenzierung und das Staging von Aderhautmelanomen erfüllt und andererseits als Grundlage der Bestrahlungsplanung dienen kann. Erstrebenswert ist dabei die Erstellung von Schnittbildern bestehend aus isotropen Voxeln, d.h. Voxeln mit identischer Kantenlänge, mit der Magnetresonanztomographie (MRT) und der Computertomographie (CT). Zur Differenzierung der unterschiedlichen Tumorentitäten wurden verschiedene Untersuchungen mit zum Teil großen Patientenkollektiven durchgeführt und histologisch und klinisch korreliert bzw. verifiziert. Dabei konnte das MR-morphologische Erscheinungsbild der relevanten Erkrankungen studiert werden. Die Genauigkeit der MR-gestützten Tumorvolumetrie wurde in vitro im Tierversuch und in vivo am Patientenauge überprüft. Zur Überprüfung der Genauigkeit der MR-Bildgebung mit isotropen Voxeln wurden unterschiedliche Spulen getestet und verschiedene Phantomuntersuchungen durchgeführt. Entsprechend wurde auch die CT evaluiert. Mit der digitalen Bildfusion wurden die MRT- und die CT-Daten in einen gemeinsamen Datensatz überführt, der sowohl zur Bestimmung der Genauigkeit beider Verfashren als auch als Basis zur Bestrahlungsplanung verwendet werden konnte. Mit einer optimierten Untersuchungstechnik konnten Schnittbilder auf der Basis von CT und MRT zur Verfügung gestellt werden, die eine präzise Planung der Protonenbestrahlung beim Aderhautmelanom ermöglichen. / The radiation therapy of uveal melanomas using proton therapy is a very precise therapy procedure, that makes high demands on the underlying imaging modalities. In general magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT) have the potential to fulfill these criteria using suited surface coils and optimized imaging techniques, respectively. Purpose of the investigations was the preparation and evaluation of an imaging system, that allows diagnosis and differetial diagnosis of uveal melanomas including staging on the one hand. On the other hand it should be the base for high precision radiation therapy planning. The preparation of images with isotropic voxels, i.e. the edges of the voxels have identical size, is desirable with both magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT). Several examinations on large patient groups were performed for the differentiation of different tumor entities and compared with clinical and histopathological outcome. The precision of the MR-based tumor volumetry was evaluated with animal studies in vitro and patient eyes in vivo. The MR-imaging with isotropic voxels was evaluated using several surface coils and phantom examinations. Comparable examinations were performed regarding CT. Digital image fusion of CT and MRI data sets was used to evaluate the precision of both modalities and for planning of radiation therapy. Using optimized examination techniques both CT and especially MRI are suitable for a precise proton therapy planning of uveal melanoma.

Le Mélanome Uvéal (MU) est la tumeur de l’œil la plus fréquente dans les adultes. Aucune thérapie pour la prévention ou le soins des métastases a donné preuve d’efficacité. Nous avons établi 7 lignées cellulaires de MU à partir soit de la tumeur du patient soit du matériel tumorale provenant de xénogreffes dérivées de patients (Patient-derived Xenografts, PDXs). Ces lignées cellulaires présentent les altérations cytogénétiques et les mutations « drivers » qui ont été jusqu’au présent identifiées dans la maladie; quatre d’entre elles présentent une déficience de la protéine BAP1 (BRCA1 associated protein-1), l’ altération qui caractérise la progression tumorale dans le MU. Cette collection de lignées a été utilisée pour identifier des nouvelles stratégies thérapeutiques. Une analyse in vitro avec une série d’inhibiteurs specifiques des vois de signalisation MEK/ERK, PKC, et PI3K/mTOR a montré l’efficacité de l’inhibiteur de mTOR Everolimus sur la prolifération cellulaire, effet qui a été confirmé dans 4 PDXs ou le composé a ralenti significativement la croissance cellulaire. Nous avons ensuite effectué une analyse systématique de la synergie en combinant les inhibiteurs. La synergie la plus importante est produite par l’association d’ Everolimus et de l’inhibiteur de PI3K GDC0941, résultat confirmé par une forte augmentation de l’apoptose quand les 2 drogues sont utilisées en combinaison. Pour conclure nous avons établi un instrument utile pour l’étude préclinique du MU . Nos résultats montrent que Everolimus est efficace dans l’inhibition de la croissance de MU in vitro et in vivo et que la combinaison d’un inhibiteur de mTOR et d’un inhibiteur de PI3K est très efficace dans l’induction de l’apoptose des cellules de MU. Enfin, des dérivées de la vitamine D pourraient exercer un effet antiprolifératif spécifique sur les MU avec mutation de BAP1. / Uveal melanoma (UM) is the most common primary tumor of the eye in adults. There is no standard adjuvant treatment to prevent metastasis and no effective therapy in the metastatic setting. We have established a unique panel of 7 UM cell lines from either patient’s tumors or patient-derived tumor xenografts (PDXs). These cell lines bear the cytogenetic alterations and driver mutations associated with UM so far. Importantly four of them display BAP1 (BRCA1 associated protein-1) deficiency, the hallmark of tumor progression in UM. We used this panel of cell lines to identify novel therapeutic strategies for UM patients. In vitro analysis of a series of specific inhibitors of the MEK/ERK, PKC and PI3K/mTOR pathways showed the efficacy of mTOR inhibitor Everolimus in reducing the viability of UM cell lines, a finding confirmed by significantly delayed tumor growth in 4 PDXs. We then preformed a systematic analysis of drug synergy examining the effect of combinations of the selected inhibitors. The best synergy was found with PI3K inhibitor GDC0941 and Everolimus. This was confirmed by a strong increase in apoptosis with this drug combination. In conclusion we have established an useful tool for performing preclinical studies in UM . Our results show that Everolimus efficiently inhbits UM growth in vitro and in vivo, and that mTOR inhibition coupled with PI3K inhibition is a highly effective in inducing apoptosis in UM cells. Finally Vitamin D derivatives might possibly exert a specific anti proliferative effect on BAP1 mutated UM cell lines.