Uveal melanoma is the most common primary malignant intraocular tumour in adults and despite advances in treatment of the primary tumour, the 10-year survival rate remains unchanged. The most frequent cause of death for patients of this disease is liver metastases. Removal of the primary tumour before clinical presentation of metastases, however, has no effect on patient outcome. / In order to understand the interactions between single malignant cells or sub-clinical metastases and affected organs, we have successfully developed a novel animal model of uveal melanoma. We utilized the unique properties of green fluorescent protein, a skin-flap in vivo imaging technique, and nude mice to accomplish this goal. The precision of green fluorescent protein imaging has allowed us to observe single cells interacting with organ tissues and reveal that these malignant cells are only capable of surviving in the liver.

Uveal Melanoma is the most common primary intraocular tumor in adults. Despite the advances in numerous ophthalmic techniques leading to the increased accuracy of diagnosing this malignancy, the ten-year mortality rate for patients has remained unchanged at approximately fifty percent. Knowing this, further understanding of the specific steps that occur within the metastatic cascade of uveal melanoma is required. / Our laboratory utilizes five human uveal melanoma cell lines (92.1, SP6.5, MKT-BR, OCM-1, UW-1) of known proliferative, invasive, and metastatic potential. We used four methods to characterize the presence and roles of the chemotactic factors CXCL12, CXCL8, CXCL1 and HGF in these five cell lines. We also used a novel peptide inhibitor (TN14003) to block the biological action of CXCL12 on its receptor CXCR4. / With the results obtained from this thesis, we were able to establish the novel presence and importance of the four chosen factors for this malignancy. We were also able to display the positive effects TN14003 had on inhibiting uveal melanoma cell migration in vitro. This may lead to a future therapeutic target, which ultimately may delay or inhibit the metastatic process in uveal melanoma patients, improving the present unaffected ten-year mortality rate.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 4 uppsatser.

Les mélanomes oculaires sont des tumeurs rares représentant environ 5% des mélanomes. Les mélanomes oculaires peuvent provenir de deux tissus : l’uvée (~500 cas/an en France) et la conjonctive (~30 cas/an). Les mélanomes uvéaux présentent un très faible taux de mutations somatiques. Ces tumeurs sont également porteuses d’altérations du nombre de copies caractéristiques (gains du 8q, 1q, 6p, pertes du 3, du 1p, du 6q ou du 8p). L’évolution du génome de ces tumeurs durant la progression métastatique est à ce jour mal décrit. Afin d’explorer l’évolution métastatique du mélanome uvéal, nous avons séquencé les exomes de 14 tumeurs primaires et 79 métastases provenant de 24 patients. Il existait une grande proximité génétique entre tumeurs primaires et métastases avec une médiane de 11,5 mutations dans les tumeurs primaires, et 14 dans les métastases. Bien que les mutations SF3B1 et EIF1AX soient des facteurs pronostiques majeurs dans les mélanomes uvéaux, leurs fréquences dans les métastases étaient similaires à celle observée dans les séries historiques de tumeurs primaires. Les métastases présentaient quelques altérations de nombre de copies supplémentaires par rapport aux tumeurs primaires correspondantes. Parmi les altérations du nombre de copies les plus souvent acquises lors du processus métastatique, les gains du 8q étaient présents dans 92% des métastases. Lors de ce travail, nous avons découvert un mélanome uvéal présentant un phénotype hypermuté CpG>TpG chez une patiente ayant présenté une réponse exceptionnelle à une immunothérapie anti-PD1. Ce phénotype hypermutateur a été expliqué par une mutation germinale délétère de MBD4 (Methyl-CpG Binding Domain 4) avec une inactivation bi-allélique dans la tumeur. Deux autres tumeurs hypermutées CpG>TpG porteuses d’une mutation de MBD4 germinale, un mélanome uvéal et un glioblastome, ont été identifiées dans les bases de données publiques. La biologie des mélanomes conjonctivaux et leurs profils génomiques sont mal connus. Nous avons séquencé les génomes de 6 tumeurs, puis procédé à un séquençage ciblé de 47 autres tumeurs. Nous avons montré que ces tumeurs présentent un profil hypermuté C>T induit par l’exposition aux ultra-violets. Ces tumeurs présentaient un profil de mutations proche des mélanomes cutanés avec une fréquence moindre de mutations BRAF (33%), et des mutations plus spécifiques des mélanomes muqueux telles que des mutations activatrices de KIT et SF3B1 dans les mélanomes conjonctivaux non exposés au soleil. Nous avons également identifié des mutations de CTNNB1 dans les tumeurs développées sur des nevi conjonctivaux. L’ensemble de ces travaux illustrent comment la description moléculaire des tumeurs rares permet d’envisager de nouvelles stratégies de médecine de précision. / Ocular melanomas are rare tumors representing about 5% of all melanomas. Ocular melanomas may arise from two tissues: the uvea (~ 500 cases / year in France) and the conjunctiva (~ 30 cases / year). Uveal melanomas have a very low rate of somatic mutations. These tumors also carry specific distinctive copy number alterations (gains of 8q, 1q, 6p, losses of 3, 1p, 6q or 8p). The evolution of the genome of these tumors during metastatic progression has been poorly described.To explore the metastatic evolution of uveal melanoma, we whole-exome sequenced 14 primary tumors and 79 metastases from 24 patients. Primary tumors and metastases presented close genetic profiles with a median of 11.5 mutations in primary tumors, and 14 in metastases. Although SF3B1 and EIF1AX mutations are major prognostic factors in uveal melanomas, their frequencies in metastases were similar to those observed in historical primary tumors. The metastases showed some additional copy number alterations compared to the corresponding primary tumors. Among the alterations acquired during the metastatic process, 8q gains were present in 92% of metastases.Thanks to this work, we found a uveal melanoma with a CpG> TpG hypermutated phenotype in a patient who had an exceptional response to anti-PD1 immunotherapy. This hypermutated phenotype was explained by a deleterious germline mutation of MBD4 (Methyl-CpG Binding Domain 4) with bi-allelic inactivation in the tumor. Two other hypermuted CpG> TpG tumors with germline MBD4 mutation, a uveal melanoma and a glioblastoma, were identified in public databases.The biology of conjunctival melanomas and their genomic profiles have been scarcely described. We sequenced the genomes of 6 tumors and then target-sequenced 47 other tumors. We showed that these tumors had a C> T hypermuted profile induced by ultraviolet exposure. These tumors presented a pattern of mutations close to cutaneous melanomas with a lower frequency of BRAF mutations (33%), and mutations that were more specific of mucosal melanomas such as activating mutations of KIT and SF3B1 in conjunctival melanomas not exposed to the sun. We also identified CTNNB1 mutations in tumors developed on conjunctival nevi.All of these works illustrate how the molecular description of rare tumors opens new avenues for precision medicine.

Im Rahmen der Dissertation wurde ein Verfahren zur Quantifizierung monosomer Zellpopulationen innerhalb eines disomen Normalgewebes auf Basis der Pyrosequenzierung von Einzelbasenmutationen etabliert und hinsichtlich seiner Genauigkeit untersucht. Dabei liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Verfahrens zur Festlegung von Grenzwerten für die Detektion monosomer Population sowie für genetisch heterogene Subpopulationen. Zur Bestimmung der Genauigkeit wurden Mischreihen von DNA zweier Genotypen angefertigt und das Allelverhältnis durch Pyrosequenzierung gemessen. Diese Ergebnisse wurden genutzt, um Grenzwerte für die Detektion von LOH3-positiven Zellen im UMM estzulegen. In diesen Vorversuchen konnte die Anwendbarkeit der Analysemethode für Proben aus UMM sowohl aus Enukleations wie auch aus Feinnadelaspirationspräparaten demonstriert werden. Es wurde dann in einem weiteren Schritt analysiert, wie viele differente Loci für eine korrekte Diskriminierung zweier Genotypen analysiert werden müssen. Hier wurde gezeigt, dass zum einen die Anzahl der untersuchten SNP aber auch das gemessene Allelverhältnis maßgeblichen Einfluss auf die Genauigkeit der Analyse haben. Basierend auf diesen Daten wurde ein Verfahren entwickelt, das aus der gewünschten Genauigkeit eine Berechnung des Umfangs eines zu etablierenden SNP-Panels ermöglichte.

Le mélanome uvéal (MU) est une tumeur rare, affectant 500 à 600 nouveaux cas par an en France, mais il s’agit de la tumeur intraoculaire la plus fréquente chez l’adulte. Cette tumeur est due à la transformation des mélanocytes dérivés de la crête neurale et localisés dans l’uvée (choroïde, corps ciliaire et iris). C’est une tumeur très agressive puisque, malgré le traitement de la tumeur primaire, jusqu’à 50% des patients développeront des métastases hépatiques. En effet, malgré les nombreux efforts fournis pour le développement de nouvelles thérapies, celles-ci se sont révélées jusqu’à présent peu efficaces. Ainsi, une meilleure compréhension du processus métastatique et l’identification des gènes impliqués dans celui-ci sont des enjeux importants pour permettre le développement de nouvelles thérapies. Une analyse transcriptomique réalisé dans le laboratoire a permis d’identifier la phosphatase PRL-3 dont la surexpression est en corrélation avec le développement métastatique et le mauvais pronostic de survie des patients. Des études fonctionnelles ont montré que les cellules de MU exprimant PRL-3 avaient une capacité de migration et d’invasion accrue par rapport aux cellules exprimant une forme mutante catalytiquement inactive de la phosphatase. L’implication de PRL-3 dans le développement tumoral et le processus métastatique a été très largement décrite dans de nombreux cancers et son mécanisme d’action et ses cibles sont en cours d’investigation. De façon intéressante, certaines cibles de PRL-3 sont des protéines liées au cytosquelette. Dans le but d’identifier de nouvelles cibles de PRL-3 dans le MU, nous avons réalisé une analyse phosphoprotéomique qui nous a permis de mettre en évidence la protéine CRMP2. CRMP2 est une protéine liée au cytosquelette dont le rôle a majoritairement été décrit dans le système nerveux. CRMP2 joue un rôle dans le guidage axonal, l’extensition des neurites, la dynamique des microtubules et le trafic vésiculaire. Au cours de ma thèse, j’ai pu confirmer que dans les cellules de MU, PRL-3 modifie l’état de phosphorylation de CRMP2 en particulier sur les résidus T514 et S522. De plus, CRMP2 et PRL-3 interagisse et cette interaction aboutit à une diminution de la phosphorylation de CRMP2 sur le T514, ce qui suggère que CRMP2 est une cible directe de PRL-3. Des études fonctionnelles ont montré que l’extinction de CRMP2 par ARN interférent augmente la vitesse de migration et l’invasion des cellules de MU qui expriment PRL-3. CRMP2 est donc un frein à la migration et l’invasion des cellules de MU. La migration et l’invasion accrue dans ces cellules sont corrélées à un réarrangement du réseau d’actine avec une diminution des fibres de stress. L’étude des propriétés micro-rhéologiques des cellules de MU montre également que l’expression de PRL-3 et/ou l’extinction de CRMP2 augmente la viscosité, l’élasticité et la dureté du cytoplasme. L’extinction de CRMP2 ne modifie pas ces propriétés dans les cellules exprimant déjà PRL-3 ce qui montre que l’effet de l’extinction de CRMP2 est équivalent à celui de déphosphorylation. Enfin, dans les tumeurs l’expression de CRMP2 est associée à un bon pronostic de survie. Au cours de ma thèse, j’ai également participé à la création d’une carte du réseau d’interaction des molécules et des voies de signalisation impliquant PRL-3 dans le développement du cancer dans le cadre du projet NaviCell. Cette carte a été intégrée à la base de donnée ACSN. / Uveal melanoma (UM) is a rare tumor (500 to 600 new cases by year in France) but this is the most common intraocular cancer in adult. This tumor is due to melanocytes transformation derived from neural crest and localized in uvea (choroid, ciliary body and iris). Despite the primary tumor treatment, up to 50% of patients will develop metastases mostly localized in liver within the years following diagnosis. The median survival rate of metastasis formation is only six months. Indeed, there are currently no effective treatments against metastasis. Therefore, a better comprehension of UM metastatic process and identification of the genes involved are major issues for the development of new therapies. A transcriptomic analysis done in our laboratory allows to identify the phosphatase PRL-3 whose overexpression is correlated with metastatic development and patients poor prognosis. Besides being a bad prognosis marker, functional studies showed that UM cells expressing PRL-3 migrate faster and are more invasive than cells expressing the catalytic dead mutant of the phosphatase. The role of PRL-3 in tumorigenesis and metastatic development is well described, and numerous studies investigate his mechanism of action and his intracellular substrates. Interestingly, some of the identified PRL-3’s targets are cytoskeletal proteins. In order to identify new PRL-3’s targets in UM, we realized a phosphoproteomic analysis that allows us to identify CRMP2. CRMP2 is a cytoskeletal protein that has been mostly described in the nervous system. CRMP2 plays a role in axonal guidance, neuritis extension, microtubules dynamics and vesicular trafficking. During my PhD, I confirmed that in UM cells, PRL-3 expression modify the phosphorylation state of CRMP2 in particular on T514 and S522 residues. Moreover, CRMP2 and PRL-3 interact together and CRMP2 is less phosphorylated on the T514 following the interaction, which suggests that CRMP2 is a target of PRL-3. Furthermore, we showed that CRMP2 KO by shRNA increases UM cells velocity and invasion in cells expressing PRL-3. So CRMP2 is a brake to the migration and invasion process in UM cells. These observations are correlated with a reorganization of actin cytoskeleton with a reduction of stress fibers. The study of the microrheological properties of UM cells showed that PRL-3 expression and/or CRMP2 KO increases the viscosity, elasticity and stiffness of the cytoplasm. CRMP2 KO changes these properties only when PRL-3 is not functional which suggests that concerning the micro-rheology, CRMP2 KO is equivalent the its dephosphorylation by PRL-3. Finally, in UM tumors, CRMP2 expression are correlated with good survival prognosis. My PhD also gave me the opportunity to participate to the creation of a map about interactions and signaling pathways involving PRL-3 in cancers as part of the NaviCell project. This map was integrated in ASCN database.

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