Le glioblastome (GBM) est la plus fréquente des tumeurs cérébrales malignes. Son pronostic reste très mauvais malgré des thérapeutiques multimodales, la médiane de survie étant d’environ 15 mois. Le reticulum endoplasmique (RE) est un organite intracellulaire aux rôles multiples, notamment la production et le repliement des protéines. Dans certaines conditions de stress cellulaire, le RE peut être soumis à une accumulation de protéines mal repliées et déclencher l’Unfolded Protein Response (UPR). L’UPR est un processus adaptatif permettant soit de rétablir l’homéostasie protéique, soit de déclencher une apoptose. Dans cette thèse, nous proposons d’étudier le rôle de l’UPR dans l’agressivité du glioblastome, et d’essayer de déterminer dans quelle mesure son ciblage par des agents pharmacologiques innovants a un impact sur le pronostic oncologique. Pour cela, nous avons commencé par démontrer que IRE1, une protéine senseur de l’UPR, a um impact sur l’agressivité tumorale, notamment par son activité d’épissage de l’ARNm codant pour XBP1. La signalisation induite par xpb1 entraine une infiltration macrophagique, une néo- angiogénèse et um profil invadif des GBM. Ensuite, nous proposons de definir une drogue ciblant l’axe IRE1/xpb1, la drogue candidate retenue étant le MKC8866, un inhibiteur sélectif de l’activité RNase d’IRE1. Enfin, nous proposons d’évaluer l’impact de cet inhibiteur sur le développement tumoral, par le biais d’un ciblage intracérébral, couplé à une exérese et une radio-chimiothérapie, dans un modele syngénique murin innovant. Ce ciblage nous a permis de mettre en évidence un bénéfice oncologique à cibler IRE1 en plus des thérapeutiques conventionnelles. Ce travail constitue une preuve de concept préclinique de l’efficacité du ciblage de l’UPR, et propose um modele préclinique de l’efficacité du ciblage de l’UPR, et propose um modele préclinique innovant pouvant servir à l’étude d’autres voies de signalisation d’intérêt.

Les protéines ING2 et ING3 sont des protéines suppressives de tumeurs appartenant à la famille des INGs (INhibitor of Growth). Cette famille comprend cinq membres, dont les rôles suppresseurs de tumeur sont de mieux en mieux décrits depuis leur découverte. Le travail de ma thèse a porté sur l’identification de nouvelles fonctions pour les protéines ING2 et ING3. Le premier axe de recherche était centré sur la compréhension du rôle de la protéine ING2 dans le compartiment mitochondrial. Nous avons démontré que la protéine ING2 était importée dans la fraction interne de la mitochondrie et que le système d’import par relais de ponts disulfures était impliqué. Nous avons identifié une interaction entre ING2 et TFAM en relation avec l’ADN mitochondrial. La perte de l’expression d’ING2 modifie l’ultrastructure mitochondriale et protège les cellules tumorales d’une inhibition de la phosphorylation oxydative. En conséquence, nous proposons une nouvelle fonction suppressive de tumeur « gatekeeper » pour ING2, en lien avec l’adaptation métabolique de la cellule tumorale. Le deuxième axe de mon travail s’est concentré sur l’établissement du statut d’expression d’ING2 dans les cancers bronchiques. Nous avons pu démontrer l’importance pronostique de l’expression de la protéine ING2 dans les différents compartiments cellulaires. Puis nous avons démontré que la perte d’expression de ING2 entrainait une sensibilité à l’inhibition de WEE1. Nos résultats suggèrent l’existence d’un contrôle transcriptionnel de ING2 sur la protéine CHK1, activateur principal de la kinase WEE1. Nous établissons donc pour la première fois l’existence d’une vulnérabilité thérapeutique dépendante de l’expression d’une protéine ING dans un modèle tumoral. Le dernier axe de ma thèse s’articulait autour de la meilleure compréhension du rôle de ING3 dans le contexte spécifique du cancer prostatique. Nos travaux confèrent un rôle oncogénique à la protéine ING3 dont l’origine est liée au contrôle d’un réseau transcriptionnel complexe intéressant des gènes impliqués dans le cycle cellulaire et la réponse aux androgènes. Ainsi, nous proposons de modifier le nom de la protéine ING3 au profit de l’appellation « INducer of Growth 3 ».

Les cancers du sein triple négatifs et les cancers de l’ovaire séreux de haut grade partagent des caractéristiques biologiques communes, et le système immunitaire joue un rôle important dans le contrôle de l’évolution tumorale dans ces 2 maladies. Initialement caractérisée par son rôle dans l’apopotose des cellules immunitaires, la signalisation activée par l’interaction CD95/CD95L et son ligand soluble sCD95L est impliquée dans de nombreux rôles biologiques au-delà de l’apoptose, notamment dans les processus d’oncogénèse. Notre équipe avait montré le rôle pronostic négatif du sCD95L, favorisant l’invasion tumorale et les métastases chez les patientes atteintes de cancer du sein triple négatif. Dans les cancers de l’ovaire, le niveau de sCD95L est un facteur pronostic positif corrélé à l’infiltrat immunitaire, soulevant l’hypothèse d’une régulation de cet infiltrat par la signalisation CD95/CD95L. Dans les cancers du sein triple négatifs, la signalisation CD95 impacte la réponse immune anti-tumorale. Ces travaux montrent qu’une meilleure compréhension des mécanismes biologiques activés par la voie CD95/CD95L dans les cancers de l’ovaire séreux de haut grade et dans les cancers du sein triple négatif pourrait permettre de mieux sélectionner les patientes pour des traitements modulant la réponse immune. Le ciblage de cette voie pourrait permettre d’améliorer la prise en charge thérapeutiques.

Les cellules tumorales sont exposées à des perturbations intrinsèques et extrinsèques qui altèrent le bon fonctionnement du réticulum endoplasmique (RE); une condition cellulaire connue sous le nom de stress du RE. Cette condition engage une réponse adaptative appelée « Unfolded Protein Response » (UPR). IRE1 est le capteur du stress du RE qui est le plus conservé dans l’évolution. L'activation de l'activité RNase d’IRE1 contrôle l'expression du facteur de transcription XBP1s et la dégradation d’ARNm par un processus appelé RIDD. L'activité IRE1 a été liée à la migration et à l'invasion cellulaires dans différents types de tumeurs. Cependant, aucune preuve concernant le rôle de l'IRE1 dans la migration / l'invasion des cellules de mélanome n'a été publiée jusqu’ici. Il est important de noter qu'en 2018, notre groupe a décrit une nouvelle fonction de l'IRE1 indépendante de son activité catalytique, dans laquelle IRE1 agissait comme un échafaudage favorisant la migration cellulaire via la filamin A (FLNA), une protéine de réticulation de l'actine impliquée dans la migration cellulaire. Cela a été démontré dans des cellules non tumorales. Par conséquent, dans cette thèse, mon objectif initial était de tester et caractériser la contribution de la signalisation IRE1/FLNA dans la migration cellulaire et l'invasion dans les cellules de mélanome, son impact sur le processus métastatique. En utilisant des approches génétiques et pharmacologiques, j’ai constaté que le déficit d'expression d'IRE1 et/ou l'inhibition de son activité RNase augmentent les propriétés de migration et d'invasion des lignées cellulaires de mélanome métastatique humain, indiquant que la branche IRE1 pourrait agir comme un suppresseur de la migration et de l'invasion dans ces cellules. Notamment, nous n'avons pas été en mesure de corroborer la phosphorylation dépendante d’IRE1 de la FLNA. Surtout, les structures et processus connus pour être régulés par la FLNA comme le cytosquelette d'actine et l'adhésion cellulaire ne sont pas affectés par la déplétion de l'IRE1 dans les cellules de mélanome métastatique humain. Ces résultats suggèrent que la régulation de la migration/invasion par IRE1 est un mécanisme indépendant du FLNA. En analysant une base de données d'expression génique de tumeurs de mélanome, nous avons constaté que les tumeurs identifiées avec une activité RIDD élevée présentaient une diminution significative de l'expression des gènes impliqués dans les métastases du mélanome. Nos résultats suggèrent que IRE1 (via le RIDD) pourrait agir comme un suppresseur de la migration et de l'invasion des cellules de mélanome métastatique. Les résultats obtenus dans cette thèse constituent une première étape dans la caractérisation de l'implication d'IRE1 dans les processus liés aux métastases dans le mélanome.

Les cancers du foie sont les quatrièmes cancers les plus mortels dans le monde. Parmi eux, le carcinome hépatocellulaire (CHC) est la tumeur primitive la plus fréquente. Il n’existe pas de stratégies thérapeutiques curatives contre ce cancer excepté la chirurgie. Le CHC se développe essentiellement sur des foies cirrhotiques. Dans ce contexte, la cytokine Transforming Growth Factor β (TGFβ) joue un rôle important dans le développement du cancer. Toutefois, son rôle est complexe puisque il présente une action pro-cytostatique dans les stades précoces mais une action pro-métastatique dans les stades avancés du cancer. Les mécanismes moléculaires entrainant ce changement d’action ne sont pas encore élucidés. L’identification de nouveaux effecteurs du TGFβ pourrait permettre d’expliquer cette dualité fonctionnelle. Dans cette optique, j’ai identifié FOXS1, un nouveau gène cible du TGFβ appartenant à la famille des forkhead box (FOX) connue pour être impliquée dans différents cancers. Mes données montrent que FOXS1 est un facteur de transcription nucléaire induit par la signalisation canonique des SMAD. Il induit la transition épithélio-mésenchymateuse par l’inhibition de protéines de jonction cellulaire et induction indirecte de SNAI1/2. Il façonne de plus la réponse cellulaire au TGFβ en inhibant l’expression de SMAD7, le rétrocontrôle de la signalisation TGFβ. Dans les tumeurs, l’expression de FOXS1 est un marqueur de mauvais pronostic, associée à une survie plus faible dans les cancers du foie, du rein, de l’estomac et du côlon.

Le réticulum endoplasmique (RE) est un organite membranaire intracellulaire et le premier compartiment de la voie de sécrétion. En tant que tel, le RE contribue à la production et au repliement d’environ un tiers des protéines cellulaires et est donc lié au maintien de l’homéostasie cellulaire. L’UPR est un processus biochimique intégré et adaptatif activé en réponse au stress du RE qui contrôle l'homéostasie cellulaire et maintient une function physiologique normale. L'accumulation de protéines mal conformées dans le RE entraîne un stress qui peut pousser l'UPR à la signalisation apoptotique. L'UPR et l'un de ses principaux capteurs IRE1 contribuent ainsi au début, au maintien et à l'exacerbation d'une multitude d'états pathologiques, y compris le glioblastome multiforme (GBM), ce qui en fait une cible thérapeutique novatrice. La GBM est la tumeur primitive du système nerveux central la plus fréquente avec une incidence de 3 sur 100 000. Le pronostic est sombre avec des patients qui succombent à la tumeur entre 15 et 18 mois après le diagnostic, avec une survie médiane à 5 ans inférieure à 6%. Dans cette thèse, des approches in silico, in vitro et in vivo sont utilisées pour déterminer si IRE1 est un médiateur physiopathologique majeur et une cible pharmacologique valide dans le GBM et si sa modulation peut fournir de nouvelles options thérapeutiques comme traitement adjuvant modifiant la maladie. Il est montré ici que IRE1 peut jouer un role différentiel dans la physiopathologie des GBM par le biais d'angiogenèse et de croissance, ainsi que dans l'adaptation à la chimiothérapie et le maintien du phénotype différencié des cellules GBM par le biais de XBP1 et de la signalisation RIDD. La signalisation XBP1 favorise l'infiltration des macrophages dans la tumeur, l'angiogenèse, l'invasion et le maintien d'un phénotype agressif différencié, tandis que le RIDD peut atténuer les propriétés angiogénétiques et invasives, ainsi que contrôler la ré-différenciation cellulaire et l'environnement. IRE1 est évalué en tant que cible thérapeutique en générant des modèles cellulaires traductionnels de GBM portant des variants génétiques modulés par IRE1 et en testant leur sensibilisation au témozolomide en presence d'inhibiteurs de la kinase IRE1 ciblés, en établissant un nouveau pipeline de découverte de médicaments et en produisant six médicaments non encore impactés. Activité, inhibiteurs. L’ensemble de ces travaux montre que IRE1 fait partie intégrante de la pathogenèse et de la progression de la GBM. Son ciblage peut s'avérer bénéfique dans des sous-ensembles spécifiques de patients atteints de GBM.

La présente thèse explore le monde de la biologie du stress du RE (réticulum endoplasmique). Une vue globale du RE et du stress du RE est d'abord fournie en commençant par les mécanismes de base impliqués pour aller vers de possibles applications cliniques. L'accent est ensuite mis sur le rôle crucial de l'UPR dans la cancérogénèse, qui est activée en réponse au stress du RE dans la micro-environnement de la tumeur. Après avoir passé en revue ces aspects, nous mettons en évidence des éléments manquants dans notre compréhension de la façon dont les signaux UPR sont affinés et conduisent soit à la restauration de l'homéostasie du RE et des cellules soit à la mort cellulaire. Parmi les branches de l'UPR, les signaux ATF6 et IRE1 deviennent notre sujet d'investigation en raison de leur convergence dans la régulation du facteur XBP1 favorisant la survie. D'une part, nous découvrons les mécanismes provenant du lumen du RE qui régulent l'activation de l'ATF6 en réponse au stress du RE et affectant la signalisation adaptative cellulaire de l'ATF6 en aval. D'autre part, nous observons l'existence d'un réseau autorégulateur de l'activité RNase de l’IRE1 consistant en un système tyrosine kinase-phosphatase ciblant la RtcB et impactant l'épissage de l'ARNm de XBP1. Ainsi, grâce à nos études, nous avons découvert un circuit de signalisation intégré capable d’ajuster avec précision les sorties cellulaires de l’activation conjointe ATF6 et IRE1 en réponse au stress du RE.

Depuis sa découverte en 1991, l’implication du récepteur CD95 dans l’induction de l’apoptose a été plus que largement décrite. Mais bien qu'ayant été identifié comme étant un récepteur de mort, CD95 est aussi capable d'induire un signal pro-oncogénique lorsqu'il est fixé au CD95L clivé. L’activation de cette voie de signalisation non-apoptotique par le s-CD95L contribue au processus inflammatoire dans le lupus et à la dissémination métastatique dans les cancers du sein triples négatifs. Cependant aucun traitement thérapeutique satisfaisant n’est à ce jour disponible. De par son implication dans des pathologies cancéreuses et inflammatoires, mieux comprendre les mécanismes à l’origine de la double signalisation de CD95 n’est plus un enjeu mais une nécessité. Afin de développer des molécules pour bloquer la signalisation non apoptotique de CD95, il est essentiel d’en identifier tous les protagonistes et de définir leur fonction biologique. C’est avec cet objectif que notre équipe a mené deux études protéomiques dont les résultats ont permis d’identifier eIF4A1 comme un nouveau partenaire direct de CD95. Nous montrons que eIF4A1 est indispensable à la mise en place de la signalisation pro-motile de CD95 dépendante de la voie PI3K. De plus eIF4A1 est recruté à la membrane ainsi que les autres protéines du complexe eIF4F. Nos données de séquençage ont montré que de par cette interaction, CD95 recrute à la membrane un ensemble d’ARNm impliqués dans la réponse immunitaire et l’adhésion cellulaire. En outre, une perte de CD95 dans certaines cellules cancéreuses conduit à la perte d’expression de ces ARNm. Ainsi CD95 pourrait protéger certains ARNm de la dégradation et favoriser la traduction des ARNm pro-inflammatoires de manière indépendante du ligand. Cibler spécifiquement cette interaction pourrait être une piste thérapeutique prometteuse dans la lutte contre les cancers du sein triples négatifs mais aussi contre le lupus.

Le Lupus Erythémateux Systémique est une pathologie inflammatoire chronique. L’étiologie de cette maladie auto-immune est encore méconnue bien que certains facteurs génétiques et environnementaux aggravants aient été mis en évidence. Les traitements proposés aux patients ont pour but de réduire les symptômes et aucun remède curatif n’a encore été mis au point. Nous avons observé de forts taux de sCD95L dans le sérum de patients atteints de LES comparé à celui de sujets sains. Nos données indiquent que ce facteur soluble agit comme une cytokine pro-inflammatoire et promeut la transmigration des lymphocytes T CD4+ Th17 dans les organes, au détriment des lymphocytes T régulateurs (Treg). L’accumulation de ces cellules Th17 est responsable du maintien d’une réponse inflammatoire chronique chez les patients lupiques. Nous mettons en évidence qu’il existe une interaction directe entre le récepteur CD95 et la Phospholipase Cγ1, par l’identification du Calcium Inducing Domain impliqué dans ce recrutement. L’identification du couple CD95/CD95L comme acteur aggravant le LES et la mise en évidences des mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents nous ont conduit à l’élaboration de stratégies thérapeutiques innovantes. En collaboration avec les chimistes et modélisateurs de notre Unité, nous avons généré une petite librairie d’inhibiteurs, composée de peptides et peptidomimétiques sélectifs. Parmi ces composés, le TAT-CID est une protéine piège comprenant la zone d’interaction de CD95 (domaine CID des aa 175 à 210) à la PLCγ1. L’injection de ce peptide dans un modèle de souris lupiques restaure la fonction biologique rénale de ces souris et diminue la production d’auto-anticorps (anti-DNA) et de complexes immuns, marqueurs biologiques associés à la progression de la pathologie. En parallèle, le criblage d’une librairie chimique commerciale constituée de médicaments approuvés par la FDA et l’EMA a permis d’identifier un inhibiteur efficace de notre interaction. In vivo, ce composé est capable de réduire drastiquement les signes cliniques de la pathologie lupique. Ces nouvelles données enrichissent notre compréhension du processus mis en place par le système CD95/CD95L dans l’aggravation du LES, et nous permettent de proposer des outils thérapeutiques interessants. Ces molécules pourraient représenter de nouvelles options thérapeutiques originales et attrayantes pour prévenir l’inflammation dans les pathologies inflammatoires chroniques.

ING2 et ING3 (Inhibitor of Growth 2 and 3) sont des protéines suppressives de tumeurs appartenant à une famille de 5 protéines ING1 à ING5. Le travail de thèse a consisté à étudier l’implication des protéines ING2 et ING3 dans la réponse aux dommages à l’ADN. Les fonctions d’ING3 en tant que gène suppresseur de tumeur sont peu connues. L’étude principale a été d’analyser l’impact de l’inhibition d’ING3 sur la réponse aux cassures double brins de l’ADN. De plus, une étude antérieure de l’équipe a observé que l’inhibition de la protéine ING2 était associée à l’accumulation de H2AX, un marqueur des cassures double brins de l’ADN. Ainsi nous avons également cherché à savoir si ING2 pouvait jouer un rôle dans la signalisation et la réparation des cassures double brins de l’ADN. Nous montrons pour la première fois un rôle d’ING3 dans la signalisation et la réparation des cassures double brins. En effet, ING3 joue un rôle crucial dans la signalisation des cassures permettant la phosphorylation et l’activation de la kinase ATM. En accord avec ces fonctions, ING3 est impliquée dans la réparation des cassures double brins par NHEJ et HR ainsi que dans la recombinaison de classe des immunoglobulines. Nous avons également montré l’implication d’ING2 dans la réponse aux cassures double brins de l’ADN. En effet, ING2 est nécessaire pour le recrutement de la protéine médiatrice de la réponse aux dommages 53BP1. Nos travaux montrent que ING2 est nécessaire pour la réparation par le mécanisme de la NHEJ. L’étude de son implication dans le mécanisme de recombinaison de classe des immunoglobulines montre qu’ING2 est un acteur essentiel de la voie classique de la NHEJ. Ces travaux identifient, pour la première fois, une fonction de type « caretaker » pour ING3 dans la réponse aux cassures doubles brins. Nous montrons une nouvelle fonction de type « caretaker » pour ING2 qui joue un rôle dans la stabilité du génome via son implication dans la réponse aux cassures double brins de l’ADN.