Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) sont des maladies hématologiques hétérogènes caractérisées par une prolifération clonale des blastes myéloïdes qui s’infiltrent dans la moelle osseuse (MO), le sang et d’autres organes. Identifiée comme le type le plus courant de leucémie aiguë chez l’adulte avec 80% des cas, la LAM est synonyme de rechute et de mauvais pronostic, avec 70% des patients étant confrontés à une mortalité dans l’année suivant le diagnostic. La présence des cellules souches leucémiques (CSL) a été associée à une résistance à la chimiothérapie et à une rechute dans la LAM. Le microenvironnement tumoral a été décrit pour son rôle clé dans la régulation des CSL par l’interaction des voies de signalisation. La voie des Bone Morphogenetic Proteins (BMP) est fortement impliquée dans la régulation des cellules souches hématopoïétiques (CSH), mais elle a également été reconnue pour réguler les CSL. Ici, nous avons identifié des concentrations élevées de BMP2 et BMP4 dans la MO des patients atteints de LAM au moment du diagnostic. De plus, nous avons identifié pour la première fois une nouvelle cascade de signalisation impliquant la liaison de BMP4 au récepteur BMPR1A, qui induit l’expression de ΔNp73 et NANOG. L’activation de cette signalisation favorise un phénotype proche des cellules souches dans les cellules leucémiques. Par conséquent, nous avons émis l’hypothèse que cette voie est responsable de la capacité de résistance des cellules leucémiques à la chimiothérapie. En outre, nous avons identifié BMPR1A/ΔNp73/NANOG comme marqueurs potentiels du pronostic dans la LAM, en raison de leurs surexpressions au moment du diagnostic associé à une rechute dans les trois ans. Lorsque nous avons analysé des échantillons de LAM lors d’une rechute, nous avons constaté des taux plus élevés de l’isoforme ΔNp73 par rapport à ceux de patients au moment du diagnostic. D’autre part, nous avons identifié une forte expression du récepteur BMPR1A, ΔNp73, NANOG, SOX2 et ID1 dans les cellules leucémiques primaires résistantes à court terme. Ces résultats sont en corrélation avec ce que nous avons observé dans les cellules résistantes de LAM, où BMPR1A, ΔNp73, NANOG et ID1 semblent être impliqués dans la capacité de résistance des cellules de LAM face à la chimiothérapie. La modulation et le ciblage des éléments de la voie BMP et des gènes associés identifiés au travers de notre étude représentent donc une approche prometteuse pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes et plus efficaces contre les LAM / Acute myeloid leukemias (AML) are heterogeneous hematological malignancies characterized by a clonal proliferation of myeloid blasts which infiltrate the bone marrow, blood and other organs. Identified as the most common type of acute leukemia in adults with 80% of cases, AML is associated with high relapse and poor prognosis where 70% of patients face mortality within one year after diagnosis. Leukemic stem cell (LSCs) presence has been related to resistance to chemotherapeutic agents and relapse in AML. The tumor microenvironment has been described for its key role regulating LSCs through the crosstalk of signaling pathways. Bone Morphogenetic Proteins (BMP) pathway is highly involved in hematopoietic stem cell (HSC) regulation, but has also been recognized to regulate LSCs. Here, we have identified high concentrations of BMP2 and BMP4 in bone marrow (BM) AML samples at diagnosis. Furthermore, we have identified for the first time a new signaling cascade, involving the binding of BMP4 to BMPR1A receptor, which induces the expression of ΔNp73 and NANOG. Activation of this signaling promotes a stem-like phenotype in leukemic cells. Therefore, we hypothesized that this signaling is responsible for the resistant capacity of leukemic cells to chemotherapy. In addition, we have reported BMPR1A/ΔNp73/NANOG as potential AML prognosis markers, due to their overexpression at diagnosis associated to an increased rate of relapse of AML patients within three years. When we analyzed AML samples at relapse, higher levels of ΔNp73 isoform were found compared to patients at diagnosis. Moreover, we have identified high expression of the BMPR1A receptor, ΔNp73, NANOG, SOX2 and ID1 in short-term resistant primary leukemic cells. These results correlate with what we observed in AML resistant cells, where BMPR1A, ΔNp73, NANOG and ID1 seem to be implicated in driving the resistant capacity of AML cells to drug therapy. Therefore, modulation and targeting of the BMP pathway elements and related genes identified with our study, represent a promising approach towards the development of new and more effective therapeutic strategies against AML

ZNF217 est un oncogène codant pour un facteur de transcription de la famille Krüppel-like. Nos objectifs sont d'explorer le rôle de l'oncogène ZNF217 dans le développement de métastases du cancer du sein à tropisme osseux et la valeur pronostique ainsi que les fonctions d'une nouvelle isoforme de ZNF217. Nous avons identifié que de forts niveaux d'expression de l'ARNm de ZNF217 dans les tumeurs primitives du sein pourrait être un indicateur d'un développement ultérieur de métastases osseuses. Nous avons montré que ZNF217 est un nouvel activateur de la voie BMP et que l'inhibition de cette voie permet de reverser les propriétés métastatiques des cellules ZNF217 positives in vitro (migration, invasion et chimiotactisme vers des cellules osseuses). In vivo chez la souris, les cellules ZNF217-positives de cancer du sein développent très rapidement des métastases ostéolytiques. Dans notre deuxième axe de travail, nous avons prouvé l'existence de l'isoforme ZNF217-?E4 et montré qu'elle possède une valeur de mauvais pronostic dans le cancer du sein ER-a+. Les cellules surexprimant ZNF217-?E4 développent un phénotype encore plus agressif que les cellules possédant la forme WT (prolifération, résistance au paclitaxel), et de manière intéressante, ZNF217-?E4 semble jouer un rôle de régulateur de l'expression de ZNF217-WT. En conclusion, ZNF217 et/ou la voie BMP pourraient représenter des cibles thérapeutiques dans le traitement des cancers du sein ZNF217-positif / ZNF217 is an oncogene encoding for a Krüppel-like transcription factor. Our aims were to explore the roles of the ZNF217 oncogene in the development of breast cancer metastases to the bone and to decipher the prognostic value and the functions of a new ZNF217 isoform. Our work identified that high ZNF217 mRNA expression levels within the primitive breast tumor could represent an indicator for future recurrence to the bone. Further in vitro experiment demonstrated that ZNF217 is a new activator of the BMP pathway and that the inhibition of this pathway could inhibit the metastatic properties of ZNF217-positive breast cancer cells in vitro (migration, invasion, chemotaxis to bone cells). In vivo in mice, ZNF217-positive breast cancer cells developed osteolytic metastases very faster. In our second axis, we have proven the existence of the ZNF217-?E4 isoform and we found that this isoform possesses a prognostic significance associated with a poor prognosis in ER-a+ breast cancer. Furthermore, cells overexpressing ZNF217-?E4 developed a more aggressive phenotype than cells overexpressing ZNF217-WT (proliferation, paclitaxel resistance). Interestingly, ZNF217-?E4 seems to play a regulatory role regarding ZNF217-WT expression. In conclusion, ZNF217 and/or the BMP pathway could represent potential therapeutical targets in the management of ZNF217 positive breast cancer

Chez les vertébrés, une première ébauche du système nerveux central à partir du neurectoderme est obtenue par la neurulation. Ce processus mène à la formation du tube neural (TN) à partir de la plaque neurale. La neurulation est coordonnée avec l’induction d’une population de cellules multipotentes aux bordures latérales de la plaque neurale: les cellules de la crête neurale (CCNs). Le gène Pax3 encode un facteur de transcription qui est essentiel pour la formation du TN et des CCNs. Une petite région régulatrice d’environ ~250pb dans le promoteur proximal de Pax3, appelée NCE2, est suffisante pour récapituler l’induction de Pax3 ainsi que sa restriction aux bordures latérales de la plaque neurale. Le NCE2 de Pax3 est connu pour intégrer des signaux instructifs antéropostérieur (AP) provenant de la voie Wnt, via les protéines CDX (CDX 1, 2, 4), pouvant induire l'expression de Pax3 dans la plaque neurale postérieure (PNP). Nous avons démontré ici que, en plus des signaux AP, le NCE2 de Pax3 intègre des signaux instructifs dorsoventraux (DV) provenant de la voie BMP, via ses effecteurs SMAD1/5. Nos résultats indiquent que les protéines SMAD1/5 pourraient être le cofacteur manquant dans le contrôle CDX-dépendant de l’expression de Pax3 et que ce serait ces protéines qui permettraient de conférer le patron d’expression restreint de Pax3 aux bordures latérales de la PNP. Pour étayer cette affirmation, nous fournissons de nouvelles preuves que l’activité de BMP-SMAD1/5 sur l’expression de Pax3 est médiée par les CDX. Comme des défauts affectant la formation du TN et des CCNs sont à la base de plusieurs syndromes génétiques et malformations congénitales chez l’humain, nos résultats offrent ainsi une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-tendant ces pathologies. / In vertebrates, a first draft of the central nervous system from the neurectoderm is obtained by neurulation. This process leads to the formation of the neural tube (NT) from the neural plate. Neurulation is coordinated with the induction of a population of multipotent cells at the neural plate border: neural crest cells (NCCs). The Pax3 gene encodes a transcription factor that is essential for the formation of the NT and NCCs. A small regulatory region of ~250bp in the proximal promoter of Pax3, called NCE2, is sufficient to recapitulate the induction of Pax3 and its restriction to the lateral borders of the neural plate. The Pax3NCE2 is known to incorporate anterior-posterior (AP) instructive cues from the Wnt pathway, via CDX proteins (CDX1, 2, 4), which can induce the expression of Pax3 in the posterior neural plate (PNP). We have demonstrated that, in addition to the AP cues, Pax3NCE2 integrates instructive dorsal-ventral (DV) cues from the BMP pathway, via SMAD1/5 proteins. Our results indicate that SMAD1/5 proteins could be the missing co-factor in the CDX-dependent expression of Pax3 that restrict Pax3 expression to the lateral borders of the PNP. To support this assertion, we provide further evidence that the activity of BMP-SMAD1/5 on the expression of Pax3 is mediated by CDX proteins. As defects affecting the formation of the NT and NCCs are the basis of many genetic syndromes and birth defects in humans, our results provide a better understanding of the molecular mechanisms underlying these pathologies.

Au début des années 2000, il a été montré que le développement des métastases était fortement limité par un phénomène de dormance cellulaire. En effet, après s’être extravasées dans un organe distant, la plupart des cellules tumorales disséminées qui survivent entrent immédiatement dans un état quiescent réversible mais durable sur le long terme, qui est qualifié de dormant. Si le phénomène de dormance permet de limiter le taux de développement de métastases, il est aussi à l’origine de récidives métastasiques tardives, car les cellules dormantes peuvent persister longtemps et sont résistantes à la chimiothérapie. Il est donc important d’analyser les mécanismes moléculaires régulant la dormance des cellules tumorales. Mais cette analyse est difficile à réaliser in vivo du fait de la relative grande rareté des cellules cancéreuses disséminées. Récemment, mon équipe d’accueil a observé que la clonogénicité in vitro des cellules de cancer de la prostate peut être fortement régulée par un phénomène de dormance. Celle-ci est induite lorsque les cellules sont cultivées à la faible densité cellulaire et dans un milieu légèrement hypertonique comme le DMEM. L’objectif de mon travail de thèse était d’analyser les mécanismes moléculaires régulant la dormance des cellules de cancer de la prostate in vitro.Dans un premier temps, nous avons mis en évidence que la dormance nécessite l’activation conjointe de la voie de signalisation BMP/TGF-ß et d’un stress oxydatif. La faible densité cellulaire joue un rôle capital dans l’établissement de la dormance en pré-activant la voie du BMP/TGF-ß et en sensibilisant la cellule au stress oxydatif. L’amplification de ces effets par l’hypertonicité explique l’induction du phénomène de dormance. Nous avons étendu la portée de ces observations en montrant que les androgènes à des concentrations proches des niveaux physiologiques permettent d’induire un phénomène de dormance très similaire, reposant lui-aussi sur l’activation des voies de signalisation du BMP/TGF-ß et du stress oxydatif. De manière intéressante, nous avons confirmé qu’une fois que la dormance est établie, elle se maintient d’une manière autonome. Ainsi, un traitement transitoire par des androgènes s’avère suffisant pour induire la dormance qui se maintient après la remise en culture dans un milieu dépourvu d’androgènes ajoutés. Par ailleurs, nous avons identifié CDKN1A (p21CIP1/WAF1) comme un régulateur de la dormance principalement régulé par le stress oxydatif. Sa surexpression à faible densité cellulaire suffit à induire un phénomène de dormance caractéristique.En conclusion, nous avons montré que la dormance des cellules de cancer de la prostate est régulée par les voies de signalisation du BMP/TGF-ß et du stress oxydatif qui semblent être interconnectées au travers d’une boucle de régulation auto-entretenue. Les androgènes pourraient constituer des inducteurs de dormance efficaces in vivo pour limiter le développement des métastases, ce que nous voudrions tester dans un modèle de dissémination métastasique simplifié chez la souris obtenu par injection intracardiaque de cellules cancéreuses. Par ailleurs, notre modèle prédit que les CTCs (Cellules Tumorales Circulantes dispersées dans la circulation sanguine) pourraient être induites à entrer en dormance avant même de s’extravaser du milieu sanguin du fait des conditions pro-oxydantes régnant dans ce milieu, ce qui pourrait être testé en étudiant si des inhibiteurs du stress oxydatif et/ou des voies du BMP/TGF-ß favorisent la prolifération de CTCs purifiées et mises en cultures. / In the early 2000s, development of metastases was shown to be strongly limited by a phenomenon of cellular dormancy. Indeed, after extravasation in a distant organ, most of the disseminated cancer cells that survive enter into a reversible quiescent that is called dormant state. The phenomenon of dormancy is also the cause of late metastatic recurrences because dormancy confers long-term cellular survival and resistance to chemotherapy. Thus, it is important to analyze the molecular mechanisms regulating cancer cell dormancy. However, in vivo studies are difficult due to the extreme scarcity of disseminated cancer cells. Recently, T. Tchenio et al observed that clonogenicity of prostate cancer cells was strongly regulated by a dormancy phenomenon in vitro. A dormant state was induced when cells are cultured at low density in a slightly hypertonic medium, such as DMEM. The aim of my thesis was to analyze the molecular mechanisms regulating the dormancy of prostate cancer cells in vitro.We first demonstrated that dormancy required a combined activation of both BMP/TGF-ß and oxidative stress signaling pathways. Low cell density plays a key role in dormancy establishment by priming both signaling pathways. Hypertonicity induced dormancy through further amplifying these signaling pathways. We extended the biological relevance of our observation by showing that a closely related phenomenon could be induced by androgens at concentrations close to physiologic levels. Androgen-induced dormancy also relied on activation of the BMP/TGF-ß and oxidative stress signaling pathways. Interestingly, we observed that once dormancy was established, it was maintained autonomously since a transient treatment with androgen was sufficient to induce a dormant state that was self-sustained after withdrawal of exogenous androgens. Besides, CDKN1A (p21 CIP1/WAF1) was identified as a dormancy regulator modulated by oxidative stress. We showed that its transient overexpression at low cell density was sufficient to induce a dormancy phenomenon that mimicked those induced by hypertonicity or androgens.In conclusion, we showed that dormancy of prostate cancer cells was regulated by BMP/TGF-ß and oxidative stress signaling pathways that seemed to be interconnected through a self-sustained regulation loop. Androgen may constitute an effective inducer of dormancy in vivo to limit metastases development. Therefore, we would like to test its effects in vivo in a simplified model of metastatic dissemination in mouse relying on intracardiac injection of cancer cells. Furthermore, our model allowed us to predict that CTCs (Circulating Tumor Cells dispersed in bloodstream) could enter into a dormant state before their extravasation from blood vessels due to the pro-oxidant conditions in this environment. This prediction could be tested by studying whether oxidative stress and BMP/TGF inhibitors could promote proliferation of purified CTCs in vitro.