Tesis sobre el tema "Épigénétique du cancer"

Le cancer du sein reste la principale cause de décès par cancer chez les femmes et est connu pour la divergence des comportements cliniques et des résultats pour les patientes, malgré les caractéristiques histopathologiques courantes au moment du diagnostic. Cela s'explique par la grande hétérogénéité histologique et moléculaire de la maladie, qui rend difficile le choix d'une thérapie adaptée à chaque patient.L'épigénétique se rapporte aux modifications du phénotype et de l'expression génique. Les modifications épigénétiques du génome peuvent être acquises de novo et sont potentiellement héritées. Les mécanismes épigénétiques agissent pour modifier l'accessibilité de la chromatine à la régulation de la transcription localement et globalement via des modifications de l'ADN et par des modifications ou des réarrangements de nucléosomes. L'épigénétique consiste en plusieurs mécanismes moléculaires: modifications de l'histone, petits ARN non codants ou anti-sens et méthylation de l'ADN étroitement interconnectés.L'incidence et la mortalité par cancer du sein sont plus élevées (incidence environ trois fois supérieure) dans le monde occidental que dans les pays d'Asie avec des différences régionales dans les pays occidentaux. Plusieurs études impliquant des immigrés des pays occidentaux suggèrent que le mode de vie et l'alimentation sont deux des causes principales de ces différences. Un apport alimentaire élevé en phytoestrogènes, principalement sous forme de produits à base de soja, peut produire des taux circulants de phytoestrogènes à effets œstrogéniques. Des études épidémiologiques et expérimentales suggèrent qu'un régime alimentaire riche en phytoestrogènes pouvait avoir des effets protecteurs contre sur les affections liées aux œstrogènes, telles que le cancer du sein.Sur la base de ces informations, nous avons étudié les effets du traitement par les phytoestrogènes; génistéine, daidzéine et 17-β-estradiol sur la modification post-traductionnelle des histones, telles que la méthylation de la lysine et l’acétylation des histones H3 et H4 dans des lignées cellulaires du cancer du sein. Nous avons ensuite étudié les effets de l'inhibiteur de la méthylation de l'histone et de l'inhibiteur de l'histone désacétylase sur la triméthylation et l'acétylation de l'histone-lysine dans les lignées cellulaires du cancer du sein. Nous avons utilisé deux lignées cellulaires de cancer du sein, MCF-7 et MDA-MB-231, chacune traitée respectivement avec de l'hydrochlorure de 3-désazanule (DZNep) [5 µM] (HMTi), du butyrate de sodium (NaBu) [2 mM] (HDACi) et de l'acide de type Suberoylanilide Hydroxamic (SAHA) [1 µM] (HDACi). Enfin, nous avons mené des études sur toutes les lignées cellulaires atteintes de tumeurs du sein afin d'évaluer l'immunoprécipitation de la chromatine (PIP) de certaines modifications de l'histone dans le cancer. Les niveaux relatifs de trois histones modifiées, y compris H3K27me3 (histone 3 Lysine 27 méthylation), H3K9ac (Histone 3 Lysine 9 acétylation) et H3K4ac (Histone 3 Lysine 4 acétylation) seront déterminés dans les tumeurs du sein par rapport au tissu normal correspondant selon le classement de Saint-Gall. Aujourd'hui, ChIP a été couplé à des puces à ADN de promoteur afin d'évaluer les mécanismes de régulation du gène humain à l'échelle du génome. La technologie de la puce sur puce pourrait être utilisée pour étudier les altérations de l'expression globale des gènes dans la tumorigenèse. Ici, nous avons étudié les gènes exprimés de manière différentielle associés aux histones modifiées H3K27me3, H3K9ac et H3K4ac dans les tumeurs du sein à l'aide de microréseaux Agilent SurePrint G3 400kX2 contenant environ 21 000 transcrits humains. Nous analyserons les régions enrichies de chaque promoteur de gène dans trente tumeurs du sein par rapport à des échantillons de tissus normaux. Les échantillons de tumeurs du sein seront classés en fonction de leur profil clinique, en particulier du statut des récepteurs hormonaux
Breast cancer remains the leading cause of cancer-related deaths in women, and is noted for conflicting clinical behaviors and patient outcomes, despite common histopathological features at diagnosis. This can be explained by the high histological and molecular heterogeneity of the disease, making it hard to choose a therapy adapted uniquely to each patient. Epigenetics refer to changes in phenotype and gene expression. Epigenetic modifications of the genome can be acquired de novo and are potentially inherited. Epigenetic mechanisms work to change the accessibility of chromatin to transcriptional regulation locally and globally via modifications of the DNA and by modifications or rearrangements of nucleosomes. Epigenetics consist in several molecular mechanisms: histone modifications, small non-coding or antisense RNAs and DNA methylation that are closely interconnected. The incidence and mortality of breast cancer is high in the Western world as compared with countries in Asia. There are also differences in the regional cancer incidence rates in Western countries. Several studies involving immigrants to Western countries suggest that lifestyle and diet are two of the main causes of these differences. In Eastern countries, the incidence of breast cancer is approximately one-third that of Western countries, whilst their high dietary intake of phytoestrogens, mainly in the form of soy products, can produce circulating levels of phytoestrogens that are known experimentally to have estrogenic effects. An increasing number of epidemiological and experimental studies have suggested that the consumption of a 4 phytoestrogen-rich diet may have protective effects on estrogen-related conditions, such as breast cancer.Based upon this information, we studied the effects of treatment phytoestrogens; genistein, daidzein and 17-β-estradiol on the post-translational modification of histones such as lysine methylation and acetylation of histones H3 and H4 in breast cancer cell lines. Subsequently, we studied the effects of histone methylation inhibitor and histone deacetylase inhibitor on histone lysine trimethylation and acetylation in breast cancer cell lines. For this study, we used two breast cancer cell lines MCF-7 and MDA-MB-231. Each cell line was treated respectively with 3-Deazaneplanocin A hydrochloride (DZNep) [5 μM] (HMTi), Sodium Butyrate (NaBu) [2 mM] (HDACi) and Suberoylanilide Hydroxamic acid (SAHA) [1 μM] (HDACi) for 48 hours. Finally, we completed studies in all cell lines with breast tumors to assess Chromatin ImmunoPrecipitation (ChIP) of selected histone modifications in cancer. The relative levels of three modified histones, including H3K27me3 (Histone 3 Lysine 27 Methylation), H3K9ac (Histone 3 Lysine 9 Acetylation), and H3K4ac (Histone 3 Lysine 4 Acetylation) will be determined in breast tumors compared to matched normal tissue according to the classification of Saint Gallen. Today, ChIP has been coupled with promoter DNA microarrays to evaluate the mechanisms of human gene regulation on a genome-wide scale. ChIP-on-chip technology could be used to investigate the alterations of global gene expression in tumorigenesis. Here, we investigated differentially expressed genes associated with modified histones H3K27me3, H3K9ac and H3K4ac in breast tumors by Agilent SurePrint G3 400kX2 microarrays containing approximately 21,000 of human transcripts. We will scan the enriched regions at each gene promoter in thirty breast tumors compared with normal tissue samples. Breast tumor samples will be classified according to their clinical profiles, especially hormone receptor status

Les modifications épigénétiques, telle que la méthylation de l'ADN sur les dinucléotides CpG, occupent une place importante en cancérogenèse. En particulier, les gènes IGF2 et H19 soumis à l'empreinte génomique parentale sont exposés à ces altérations de la méthylation et sont donc impliqués dans de nombreux cancers, incluant le cancer colorectal. Une étude du statut de méthylation des régions différentiellement méthylées (DMR) au niveau du locus IGF2/H19, nous a permis de mettre en évidence des dérégulations spécifiques des profils de méthylation des cancers colorectaux d'origine sporadique et héréditaire à la fois dans les tumeurs et dans les lymphocytes. Parallèlement, à l'aide d'un modèle murin du cancer colorectal, nous avons étudié le rôle du gène H19 dans la tumorigenèse colique. Cette étude confirme que le gène H19 agit en tant que gène suppresseur de tumeur chez la souris
Epigenetic modifications, such as DNA methylation on CpG sites, play an important role in carcinogenesis. In particular, IGF2 and H19 imprinted genes are exposed to these alterations of the methylation and are thus implied in numerous cancers, including colorectal cancer. By studying the methylation status of the differentially methylated regions (DMR) localized in the IGF2/H19 locus, we identified specific deregulations of the methylation patterns of colorectal cancers from sporadic and hereditary origin, both in tumors and lymphocytes. In parallel, using a colorectal cancer murine model, we studied the role of H19 gene in the colonic tumorigenesis. This study confirms that H19 gene acts as a tumor suppressor gene in mouse

Les cancers sont le plus souvent la conséquence d’un défaut des voies de régulations impliquées dans la survie ou la mort cellulaire. Nous avons pu démontrer sur une base de population de 586 adénocarcinomes coliques, suivis par le registre bourguignon des cancers digestifs que la mutation activatrice d’au moins un des trois gènes de la voie des MAP Kinases (KRAS, BRAF, PI3KCA) était associée a une moins bonne survie chez les patients porteurs d’une tumeur sans instabilité des microsatellites. Nous avons également analysé sur cette base de population la méthylation de l’ADN (caractérisation du phénotype « CpG Island Methylator Phenotype » CIMP). Trois groupes de méthylation ont été définis (No-CIMP, CIMP-Low, CIMP-High). Les cancers MSS/No-CIMP et MSS/CIMP-Low montraient des caractéristiques cliniques et génétiques similaires mais influençaient la survie de façon différente. Plus le niveau de méthylation était élevé, moins bonne était la survie des patients. Cette étude souligne l’effet pronostique péjoratif de la méthylation chez les patients MSS et la nécessité d’identifier les 3 groupes de méthylation. Ces travaux tirent leur importance de l’utilisation récente, dans le traitement du cancer, de thérapeutiques « dites ciblées » dirigées des protéines impliquées dans la transduction du signal du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire. L’identification des mécanismes d’activation des voies de signalisation et la caractérisation des altérations épigénétiques impliquées dans le cancer colique représentent donc des étapes fondamentales dans la connaissance des facteurs moléculaires pouvant moduler la prise en charge thérapeutique des patients
Cancer cells are often the result of alterations in signalling pathways implicated in cell survival or apoptosis. We successfully demonstrated in a population base of 586 colon adenocarcinomas, followed by the cancer registry of Burgundy, that activating mutation of at least one of the three genes from the MAPK signalling pathway (KRAS, BRAF, PI3KCA) was associated with a lower survival in patients bearing a tumour without microsatellite instability. In a second study, DNA Methylation, an epigenetic alteration, was evaluated in the population base (characterization of the CpG Island Methylator Phenotype). Three subgroups of methylation phenotype were identified (No-CIMP, CIMP-Low, and CIMP-High). The clinico-pathological features of cancers with MSS/No-CIMP and MSS/CIMP-Low were quite similar, but they affected survival to different degrees. The higher the level of methylation, the poorer the survival. Our work clearly showed the prognostic effect of methylation in MSS patients and the need to distinguish between the 3 groups of CIMP. These studies are all the more important since the recent use of “targeted therapies” against proteins from the signal transduction system have recently been used in cancer treatment. The identification of activating mechanisms of signalling pathways and the characterisation of epigenetic alterations involved in colon cancer are fundamental to the understanding of the molecular factors involved in colorectal cancer. Knowledge of these will have an impact on patient response and follow-up

Le cancer est une maladie complexe de par son étiologie multiple. Les gènes suppresseurs de tumeurs, véritables gardiens du génome, peuvent être mis sous silence par une répression épigénétique anormale qui présente l'avantage thérapeutique d'être réversible. Afin d'étudier ce phénomène, nous avons focalisé nos études sur le récepteur à l’acide rétinoïque beta 2 (RARβ2) dont la méthylation du promoteur conduit à sa perte d'expression dans les cancers de la prostate et du sein. L'étude de son profil épigénétique dans plusieurs modèles cellulaires a montré que la méthylation de l'ADN et la répression par les protéines polycomb pouvait co-exister sur ce locus. Pourtant, ces deux mécanismes répressifs sont décrits comme mutuellement exclusifs. Nous avons recherché l'existence d'ARN non codants associés au promoteur de RARβ2 et pouvant guider cette répression épigénétique mais de tels ARN n'ont pas été identifiés. Nous avons ensuite mis en place un système d'expression inductible de la protéine polycomb EZH2 dans une lignée prostatique qualifiée de "pré-tumorale". Ce modèle original est destiné à éprouver l'hypothèse du ciblage de l'hyperméthylation par les protéines polycomb sur le gène modèle RARβ2 avant d'étendre les analyses à l'échelle génomique. Enfin, nous nous sommes intéressés à un niveau supérieur de régulation de l'expression des gènes, l'organisation nucléaire. Nous avons abordé cette problématique complexe par des études de microscopie et nous montrons que le positionnement de RARβ2 dans l'espace nucléaire ne semble pas être corrélé à son état d'expression. De manière intéressante, nous avons identifiés des foyers de protéines polycomb dans les cellules tumorales
Today it has become clear that epigenetic alterations also are critical in the initiation and the progression of the disease. In fact tumor suppressor genes, that prevent tumorigenesis, can be abnormally silenced by epigenetic factors. As epigenetic repression is reversible, the understanding of such deregulation is of great interest and opens new therapeutic perspectives. In order to study this phenomenon, we chose as model the retinoic acid receptor beta 2 (RARβ2), a tumor suppressor gene which expression is lost in prostate and breast cancers by DNA methylation. Upon studying several cell models, we actually found that DNA methylation and polycomb repression can co-occur at this locus, although these distinct epigenetic processes are usually described as mutually exclusive. We investigated the existence of non-coding RNA associated to RARβ2 promoter that could direct epigenetic silencing. Such RNAs were not identified in our models. Then, we developed an inducible expression system of EZH2, a polycomb protein, in a pre-tumoral prostate cell line. This original model will be useful to test the hypothesis according to which polycomb protein can target DNA hypermethylation. RARβ2 will be the model gene before performing genome-wide analysis that will allow to find the genes targeted by polycomb repression in prostate tumorigenesis. Finally, we got interested in how higher order of chromatin architecture influences gene regulation. We addressed nuclear organization by microscopy studies and showed that RARβ2 position seems not to be correlated with its transcriptional level. Interestingly, we found polycomb spots in human cancer cells

UGT1A1 est responsable de l’inactivation du SN-38, métabolite actif de l’irinotécan utilisé en première intention dans le traitement du cancer colorectal métastatique. Certains facteurs génétiques du gène UGT1A1 sont en partie responsables des variations dans la réponse à cette thérapie. Parallèlement, nous avons émis l’hypothèse qu’un mécanisme épigénétique module les niveaux intratumoraux d'UGT1A1 ainsi que les taux d’inactivation du SN-38 à son site d’action. Nos données démontrent que la méthylation d’îlots CpG spécifiques dans le promoteur et l’exon 1 d’UGT1A1 est associée à la répression de son expression, à la diminution du taux de protéine et d’inactivation du SN-38 dans les cellules tumorales de côlon in vitro. De plus, l’hyperméthylation de ces régions corrèle avec la faible expression du gène dans les tumeurs primaires du côlon de patients. Ces données soulèvent la possibilité que le profil de méthylation du gène UGT1A1 pourrait déterminer la concentration tumorale du métabolite actif et ainsi aider à prédire l’efficacité de la thérapie.
UGT1A1 is the main enzyme involved in the hepatic and tumoral inactivation of SN-38, an anticancer agent used in first line treatment of metastasic colorectal cancer. UGT1A1 genetic factors determine response to irinotecan therapy. We hypothesised that an epigenetic mechanism, more specifically methylation, is involved in tumoral regulation of UGT1A1 levels. Specific CpG islands in the UGT1A1 gene are hypermethylated and linked to the repression of gene expression and to lower levels of SN-38 glucuronidation in colon tumor cells in vitro. In addition, methylation of specific CpG was linked to lower expression of UGT1A1 gene in primary colon tumors from patients. Our data support that methylation profile of the UGT1A1 gene determine SN-38 tumoral concentration and may help to predict tumoral response to irinotecan.

Au-delà de l'information génétique contenue dans la séquence de l'ADN des cellules, il existe une mémoire cellulaire, dite épigénétique comprenant l'ensemble des circuits génétiques avec rétroactions positives permettant d'amplifier ou de maintenir une réponse cellulaire dans le temps. Nous nous sommes intéressés, à travers deux exemples, aux boucles de rétrocontrôle positif comme élément de réponse à un signal, permettant de fixer, de manière à la fois dynamique et robuste, le comportement cellulaire. Dans un premier temps, nous avons identifié une boucle d'auto-amplification dans la production de vitellogénine chez la truite et permettant d'expliquer l' « effet mémoire de la vitellogénèse » (une seconde stimulation à l'œstradiol induit une plus forte production de vitellogénine et plus rapidement que lors de la première stimulation, alors même que le niveau de vitellogénine retombe à zéro entre les deux stimulations). Le modèle que nous proposons implique un récepteur tronqué à l'œstradiol possédant une activité basale même en l'absence de son ligand, permettant de maintenir la cellule dans un état d'aptitude à répondre sans pour autant produire de vitellogénine. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à une des causes possibles provoquant la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT), responsable des métastases dans les cancers. L'EMT témoigne d'un état plus agressif des cellules tumorales et s'accompagne notamment d'un changement du métabolisme des cellules cancéreuses, diminuant la part de la phosphorylation oxydative au profit de la glycolyse (effet Warburg). Cela entraîne une baisse d'efficacité de la production d'ATP, obligeant les cellules à prélever davantage de nutriments dans leur milieu. Cette observation a suscité le développement de thérapies basées sur la privation de glucose et qui, a priori, devraient nuire principalement aux cellules cancéreuses. Nous avons étudié les effets d'un faible contenu cellulaire en ATP sur la transformation cellulaire. Nous avons observé qu'un traitement par un analogue non métabolisable du glucose diminue drastiquement le contenu en ATP des cellules ayant passé l'EMT et induit des changements morphologiques et génétiques orientés vers le phénotype mésenchymateux. La protéine MKL1, cofacteur de transcription dont l'activité est régulée par la polymérisation de l'actine, pourrait être un relais génétique entre l'état métabolique cellulaire et le maintien de l'EMT. Ces résultats suggèrent de fortes connections entre l'EMT et le niveau énergétique des cellules, faisant d'une privation d'énergie une cause possible de l'aggravation du phénotype mésenchymateux et remettant en cause les bienfaits sur le long terme de thérapies visant à « affamer » les cellules tumorales
Beyond the genetic information contained in the DNA sequence of cells, there is a cellular memory called epigenetic, including genetic circuits with positive feedback loops amplifying or maintaining cellular states in time. We studied through two examples, the positive feedback loops as part of response to a signal, able to set cell behavior, in a dynamic and robust way. As a first step, we identified a self-amplification loop in the production of trout vitellogenin explaining the "vitellogenesis memory effect" (a second estradiol stimulation induces higher and faster vitellogenin production than during the first stimulation, even though the vitellogenin level falls to zero between the two stimuli). The model we propose involves a truncated estradiol receptor, with a basal activity even in the absence of its ligand, which is able to maintain the cell in an estrogen-responsive state without producing vitellogenin. In a second step, we studied one of the possible causes leading to the epithelial-mesenchymal transition (EMT), involved in cancer metastasis. The EMT reflects a more aggressive state of tumor cells and is associated with a particular change in the metabolism of cancer cells, reducing the part of oxidative phosphorylation in favor of glycolysis (Warburg effect). This leads to a reduction in the efficiency of ATP production, forcing the cells to take more nutrients from their environment. This observation led to the development of treatments based on glucose deprivation which should mainly affect cancer cells. We studied the effects of a low cellular ATP content on cell transformation. We observed that a treatment with a non-metabolizable glucose analogue drastically reduces the ATP content of cells that had undergone EMT and induces morphological and genetic changes enforcing the mesenchymal phenotype. We identified the transcriptional coactivator MKL1, whose activity is regulated by actin polymerization, as a possible genetic link between the cellular metabolic state and maintenance of EMT. These results suggest strong connections between the EMT and the energy level of the cells, and raise serious questions about the benefits of the long-term therapy "starving" tumor cells, considering that energy deprivation could aggravate the mesenchymal cell phenotype

Les Papillomavirus Humains (HPV) à haut risque carcinogène, dont HPV16, sont les agents étiologiques du cancer du col de l'utérus. Le génom d'HPV est composé d'un ADN double brin comprenant deux régions codantes : précoce« E » et tardive« L » et une région régulatrice non codante, la LCR. La protéine E2 se fixe au niveau des E2BS, situés dans la LCR et réprime l'expression d'E6 et d'E7. La perte d'expression d'E2 suite à l'intégration du génome virale induit une surexpression d'E6 et d'E7 qui favorisent la dégradation de p53 et de pRb. Des dinucléotides CpG étant présents au niveau des E2BS d'HPV16, nous avons détenniné si l'expression d'E6 était soumise à une régulation épigénétique. Nous avons développé une PCR HRM pour étudier le niveau de méthylation des E2BS dans les lésions précancéreuses et cancéreuses et nous avons noté la présence de CpG méthylés uniquement dans les cancers. Par ailleurs, nous avons montré que la méthylation des E2BS limite la fixation d'E2 et pern1et probablement la surexpression d'E6 et d'E7. Enfin, nous avons montré que le traitement des cellules HPV16 dérivées de cancer du col utérin pi le 5azadC, induit une diminution de l'expression d'E6. Ce mécanisme est indépendant d'E2 et nous avons prouvé que la ré-expression du miR-375, qu cible les transcrits E6/E7, est responsable de la répression d'E6 après traitement par SazadC. L'ensemble de nos résultats ont montré que l'expression des oncoprotéines d'HPV16 est régulée épigénétiquement par des facteurs viraux et cellulaires
High risk Human Papillomaviruses (HPV) are responsible for cervical cancer. HPV genome consists in a double-strand circular DNA harboring early "E" and late "L" genes and a Long Control Region (LCR). The E2 protcin binds to E2 Binding Sites (E2BS) present on the LCR and represses E6 and E7 transcription. The loss of E2 expression after HPV DNA integration induces an overexpression of E6 and E7 that thus favor p53 and pRb degradation. Since CpG dinucleotides are present in HPVl6 E2BS, we investigated whether E6 HPV16 expression was also submitted to epigenetic regulation. We developed a HRM PCR to study the methylation status of E2BS in precanccrous and canccrous lesions. We observed methylated CpG only in cancer samples. Otherwise, we proved that E2BS methylation prevented E2 binding and probably permitted E6 and E7 overexpression. Finally, we showed that the treatment ofHPV16 cervical cancer cell lines with a demethylating agent (SazadC) decreased the E6 expression. This regulation was independent of E2 and we proved that the up-regulation of miR-375, which targets E6/E7 transcripts, was involved in E6 repression after SazadC treatment. Taken as a whole, our data demonstrate that HPV 16 oncoprotein expression is regulated in an epigenetic manncr via viral and cellular factors

Le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) représente 4% de tous les cancers chez la femme et est la première cause de décès parmi les tumeurs gynécologiques. Dans la plupart part des cas le CEO est diagnostiqué dans les stades avancés de la maladie. Le traitement repose sur la chirurgie cytoréductive suivie de la chimiothérapie combinant les dérivés de platine et de taxanes avec un taux de réponse de plus de 80%, cependant, la plupart part des patientes font une récidive par l’émergence de la résistance. Les bases moléculaires du déclenchement et de la progression du cancer de l’ovaire sont encore mal connues empêchant ainsi le développement de nouvelles approches thérapeutiques et de diagnostique. Au cours d’un cancer, l’hyperméthylation des ilots CpG de certains promoteurs géniques conduit souvent à l’inactivation des gènes suppresseurs de tumeur. L’hypométhylation des ilots CpG de certains promoteurs est également impliquée dans la réactivation des proto-oncogènes et des gènes pro-métastatiques. Cependant l’hypométhlation de l’ADN dans le cancer de l’ovaire est très peu étudiée. En utilisant la méthode d’immunoprécipitation de l'ADN méthylée combinée à une analyse sur puce (MeDIP-chip), nous avons trouvé que l’hyperméthylation de l'ADN se produit dans les stades précoces du cancer ovarien, tandis que les stades avancés de la maladie sont liés à l’hypométhylation de l’ADN des oncogènes impliqués dans la progression de la tumeur, l’invasion/métastase et probablement dans la chimiorésistance. Cette approche épigénomique a conduit à l’identification de nouveaux oncogènes hypométhylés dans le CEO. Dans cette étude, RUNX2 est identifié comme un gène hypométhylé dans les cellules post-chimiothérapeutiques et GALNT3 et BCAT1 sont parmi les gènes hypométhylés identifiés particulièrement dans le CEO de type séreux. L’analyse fonctionnelle de ces trois gènes montre qu’ils sont associés à la prolifération (y compris le contrôle du cycle cellulaire pour GALNT3 et BCAT1), de la migration et de l'invasion cellulaire dans le CEO séreux, suggérant qu’ils ont un fort potentiel oncogène dans la progression de la tumeur et pourraient être des nouvelles cibles thérapeutiques au niveau du CEO.
Epithelial ovarian cancer (EOC) accounts for 4% of all cancers in women and is the leading cause of death from gynecologic malignancies. Most of EOC cases are diagnosed at advanced stage, which is associated with poor outcome. Despite the good initial response to chemotherapy, recurrence occurs in the majority of patients, resulting in chemotherapy resistance leading to a fatal disease. The molecular basis of EOC initiation and progression is still poorly understood, thus hindering the development of new diagnostic and therapeutic strategies for more effective EOC treatment. In cancer, the hypermethylation of gene promoter CpG islands leads to inactivation of tumor suppressor genes, and CpG islands hypomethylation is associated with proto-oncogenes and pro-metastasis genes. Similar to all malignancies, aberrant DNA methylation occurs in EOC. However, DNA hypomethylation in ovarian cancer is very briefly studied. Using methylated DNA immunoprecipitation (MeDIP) coupled to CpG island tiling arrays, we found that DNA hypermethylation occurred in less invasive/early stages of ovarian tumorigenesis, while advanced disease was associated with DNA hypomethylation of a number of oncogenes, implicated in cancer progression, invasion/metastasis and probably chemoresistance. This epigenomic approach has led to the identification of a number of novel oncogenes hypomethylated in EOC. In this thesis study, RUNX2 gene was identified as hypomethyleted gene in post-chemotherapy primary cells cultures and GALNT3 gene and BCAT1 gene were among the genes identified to be notably hypomethylated in serous EOC tumors. Subsequent functional analyses of these three genes demonstrated that they were associated with EOC cell proliferation (including cell cycle control for GALNT3 and BCAT1), migration and invasion, suggesting that they have strong oncogenic potential in serous EOC progression and that they might be novel EOC therapeutic targets.

La régulation spatio-temporelle de l’expression des gènes est essentielle pour la mise en place et le maintien de l’identité cellulaire. Une dérégulation de ces mécanismes peut non seulement entrainer la perte de l’identité cellulaire mais également le développement de maladies comme le cancer. Dans le contexte de tumorigénèse il a été observé une expression atypique des gènes spécifiques des testicules et du placenta (gènes TS/PS) . Cette induction dans les tumeurs est corrélée à un mauvais pronostic et certains de ces gènes participent directement au processus tumoral. A ceci s’ajoute leur potentiel immunogène, qui contribue à faire de ces gènes des cibles thérapeutiques prometteuses. Deux cribles génétiques, nous ont permis d’identifier trois nouveaux acteurs importants dans la régulation transcriptionnelle du gène TS/PS ADAM12. Cette métalloprotéase est surexprimée dans les tumeurs et participe aux processus d’invasion et migration des cellules cancéreuses. Nos travaux ont pu montrer que la kinase TAK1 (MAP3K7) et que les remodeleurs chromatiniens SIRT6 et KAT2A sont importants pour la régulation transcriptionnelle d’ADAM12. Nous avons également pu disséquer les mécanismes moléculaires sous-jacents de cette régulation en établissant un lien entre la signalisation TAK1 et l’acétyltransférase KAT2A. Ces résultats nous permettent de proposer TAK1 et KAT2A comme de potentielles cibles thérapeutiques dans les tumeurs qui non seulement sur-expriment ADAM12 mais également les tumeurs où la signalisation TAK1 est perturbée
Spatio-temporal gene transcriptional regulation is essential to establish and maintain cell identity. Impairment of the molecular mechanisms involved in this regulation could lead to diseases like cancer. Testis/Placenta specific genes (TS/PS) are found to be expressed in cancer while their expression is normally restricted in testis and placenta. Overexpression of TS/PS in cancer is correlated to bad prognosis and some of these genes are known to be oncogenes. Moreover these genes could induce immune responses when they are expressed in cancer making them good candidates for therapeutic targets.In this thesis, we set up two genetic screens, which allow us to identify three new actors involved in the transcriptional regulation of the TS/PS gene ADAM12. This metalloprotease which is overexpressed in many tumors is involved in cell migration and invasion of cancer cells. Our study showed that the kinase TAK1 (MAP3K7) and the chromatin remodelers KAT2A and SIRT6 are involved in the regulation of ADAM12 expression. We went further and dissect the molecular mechanisms involved in this regulation and we discovered a link between the acetyltransferase KAT2A and TAK1 signaling pathway. These results allow us to propose TAK1 and KAT2A as potential therapeutic targets in high-ADAM12 expressing tumors and/or in tumors with TAK1 mutations

Les chondrosarcomes (CHS), tumeurs primitives osseuses, sont considérés comme radio- et chimio-résistants. Dans ce contexte, cette étude vise à déterminer la sensibilité de ces derniers aux traitements conventionnels (rayons X et cisplatine), à mieux caractériser les mécanismes de résistance et à identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques (thérapie épigénétique ciblant la méthyltransférase EZH2 et l’hadronthérapie par ions carbone). Tout d’abord, nous avons montré que les CHS possédaient des sensibilités différentes à la fois aux rayons X et au cisplatine et que les rayons X induisaient l’apoptose ou la sénescence des cellules sensibles alors que seule l’apoptose était induite par le cisplatine. Nous avons mis en évidence différents mécanismes de résistance en fonction des CHS. Par ailleurs, nous avons montré pour la première fois que les chondrosarcomes sont plus sensibles aux ions carbone. Dans un second temps, nous avons étudié l’efficacité d’une thérapie épigénétique utilisant un inhibiteur ciblant EZH2 et montré qu’il réduisait la croissance in vitro et in vivo des chondrosarcomes. Cependant, bien que cet effet anti-tumoral soit très intéressant, son mécanisme d’action n’est pas encore clair et est indépendant d’EZH2. Ces études soulignent l’hétérogénéité et la variété des réponses des CHS aux traitements conventionnels. Il est donc important d’utiliser des CHS de grade et d’origine différents. De plus, ces travaux confirment l’intérêt de l’hadronthérapie par ions carbone pour traiter les CHS
Chondrosarcomas (CHS) are malignant bone mesenchymal tumors and known to be radio- and chemo-resistant. In this context, the aim of this study was to determine their sensitivity to conventional treatments (X-ray and cisplatin), to better characterize their resistance mechanisms and to identify new therapeutics targets (epigenetic therapy targeting the methyltransferase EZH2 and hadrontherapy by carbon ions). First, we showed that CHS had different sensitivities to X-rays and cisplatin. Moreover, X-rays induced apoptosis or senescence of sensitive cells whereas cisplatin induced only apoptosis. Resistance mechanisms are different and are strongly linked to CHS type. Furthermore, we showed for the first time that CHS were more sensitive in vitro to carbon ions than X-rays. Second, we investigated the efficiency of epigenetic therapy using an EZH2 inhibitor. We showed that the inhibitor reduces chondrosarcomas growth, both in vitro and in vivo. However, its molecular mechanisms remains unclear even if it is independent of EZH2. This work highlights the heterogeneity and the variety of chondrosarcomas responses to conventional treatments. Therefore, it is of importance to use chondrosarcomas with different grades and origins. Moreover, we confirm the interest of the hadrontherapy by carbon ions to treat CHS

Dans les cancers, le paysage épigénétique est altéré avec notamment une hyperméthylation ciblée des promoteurs de certains gènes suppresseurs de tumeurs, ce qui participe à leur inactivation. Afin de comprendre ce phénomène, nous avons cherché à identifier de nouveaux partenaires protéiques des enzymes responsables de la méthylation de l’ADN, les méthyltransférases d’ADN (DNMT). L’originalité du travail consiste à développer deux techniques qui utilisent des inhibiteurs de DNMT comme outil moléculaire afin d’identifier les partenaires de la méthylation. La première partie du manuscrit est consacrée à la caractérisation d’inhibiteurs de DNMT (Champion et al. , 2010 ; Cecccaldi et al. , 2011). La seconde partie décrit le développement de deux techniques fondées soit sur le principe de chromatographie par affinité, soit sur l’utilisation d’une sonde chimique photoactivable qui peut ponter l’enzyme ou ses partenaires et être couplée à une étiquette par une réaction de «click chemistry»

L'épigénétique définit les modifications transmissibles et réversibles de l'expression des gènes qui ne s'accompagnent pas de changement de la séquence nucléotidique. Il est actuellement clairement établi que les modifications épigénétiques, telle que la méthylation de l'ADN, contribuent au développement des cancers. La protéine Tip60 est un co-régulateur transcriptionnel possédant une activité histone acétyltransférase (HAT). Tip60 est aussi un élément clé de la réponse aux dommages de l'ADN et joue un rôle critique dans le contrôle de la stabilité du génome via sa capacité à acétyler les protéines. Nous avons récemment identifié Tip60 comme un élément clé de l'activation des voies de réponse aux dommages de l'ADN induits par les carcinogènes du tabac, et avons émis l'hypothèse qu'une modification du profil d'acétylation des protéines histones et/ou non-histones pourrait constituer une nouvelle « signature épigénétique » de ces cancers. Nous mettons en évidence pour la première fois dans les cancers du poumon une altération globale du « paysage épigénétique » de l'histone H4, cible majeure de Tip60, et montrons que certaines de ces modifications épigénétiques (H4K20me3) pourraient être des biomarqueurs candidats pour le dépistage précoce et la définition de protocoles thérapeutiques de ces cancers. Nous identifions par ailleurs Tip60 comme un nouveau régulateur de l'expression et des fonctions biologiques du facteur de transcription E2F1, et montrons que ces deux protéines jouent un rôle coordonné dans la réponse aux dommages de l'ADN induits par le cisplatine, en intervenant dans les voies de réparation de ces dommages. Nous montrons enfin la fréquente perte d'expression de la protéine Tip60 dans les cancers bronchiques, suggérant que cette protéine pourrait constituer un biomarqueur candidat de la réponse au traitement par les sels de platine
Epigenetic defines reversible and inheritable modifications of gene expression without change in nucleotide sequence. It is now well-known that epigenetic modifications such as DNA methylation contribute to the development of cancer. Tip60 protein is a transcriptional co-regulator which possesses an histone acetyltransferase (HAT) activity. Tip60 is also a key component of the DNA damage response (DDR) and plays a crucial role in the control of genome stability through its ability to acetylate proteins. We have previously shown that Tip60 is a key component of DDR pathways activation induced by tobacco carcinogens and have hypothesized that a modification of histone and/or non histone proteins acetylation pattern could constitute a new epigenetic hallmark of lung cancer. We have shown for the first time in lung cancer a global alteration of the “epigenetic landscape” of histone H4, which is the main Tip60 target. Our results show that some epigenetic modifications (H4K20me3) might be candidate biomarkers for early detection and therapeutic approaches of lung cancer. Furthermore, we identify Tip60 as a new regulator of expression and biological properties of the E2F1 transcription factor. We also demonstrate that both proteins play a coordinated role in the DDR induced by cisplatine, by working on DNA repair pathways. Finally, we observe the frequent loss of Tip60 protein expression in these cancers, suggesting that Tip60 might be a candidate biomarker for the response to treatment with platinium based chemotherapies

Un tiers des cancers du sein n'exprime pas le récepteur des œstrogènes (RE) ni certains gènes oestrogéno-régulés comme le gène du récepteur de la progestérone (PR). Ce travail met en exergue les mécanismes épigénétiques impliqués dans la répression de gènes oestrogéno-régulés (comme PR) dans une lignée cancéreuse mammaire négative pour l'expression du RE: la lignée MDA-MB231. L'expression du RE à partir d'un transgène dans la lignée MDA-MB231 ne permet pas de restaurer l'oestrogéno-régulation de PR. Une analyse quantitative et comparative démontre que l'inhibition de la méthylation de l'ADN : par une drogue la 5-aza 2'-déoxycytidine ou par siARN de l'enzyme méthylant l'ADN, la DNMT1; ou bien l'inhibition des histones déacétylases par la Trichostatin A, permettent l'oestrogéno-régulation de PR. Nous montrons que la déméthylation des ilots CpG localisés dans le premier exon de PR est nécessaire pour l'accès et la fixation du RE aux séquences régulatrices de ce gène. Bien que ce ne soit pas une généralité, nous observons que cette déméthylation de l'ADN est aussi nécessaire pour la dé-répression d'autres gènes oestrogéno-régulés impliqués notamment dans la tumorigénèse. Finalement, cette oestrogéno-régulation dans les lignées négatives pour le RE est un phénomène transitoire puisque la transcription de PR est de nouveau éteinte quatre jours après l'arrêt des traitements déméthylant. Nos observations supportent un modèle ou une marque épigénétique maintient la compaction de la chromatine et bloque l'accès du RE au promoteur de gènes oestrogéno-régulés
In breast cancer, approximately one third of tumors express neither the estrogen receptor (ERa) nor estrogen regulated genes such as the Progesterone Receptor gene (PR). Our study provides new insights into the mechanism allowing hormone-activated expression of ERa target genes silenced in ERa-negative mammary tumor cells. In cell lines derived from ERa-negative MDA-MB231 cells, stable expression of different levels of ERa from a transgene did not result in transcription of PR. A quantitative comparative analysis demonstrates that inhibiting DNA methyltransferases using 5-aza-2'-deoxycytidine or specific disruption of DNMT1 by small interfering RNAs and treatment with the histone-deacetylase inhibitor Trichostatin A enabled ERa-mediated hormone-dependent expression of endogenous PR. We show that demethylation of a CpG island located in the first exon of PR was a prerequisite for ERa binding to these regulatory sequences. Although not a general requirement, DNA demethylation is also necessary for derepression of a subset of ERa target genes involved in tumorigenesis. PR transcription did not subsist four days after removal of the DNA methyltransferase blocking agents, suggesting that hormone-induced expression of ERa target genes in ERa-negative tumor cells is transient. Our observations support a model where an epigenetic mark confers stable silencing by precluding ERa access to promoters

Au cours des dernières années, un nouveau mécanisme du développement tumoral a été décrit; l'hyperméthylation des gènes suppresseurs de tumeur (GST). Les modifications « épigénétiques » ont été peu étudiées dans les cancers de l'enfant et aucune grande série de tumeurs pédiatriques existait avant 2002. Nous avons recherché ce type altérations dans deux groupes de tumeurs de l'enfant: les ependymomes et les neuroblastomes. Les ependymomes (EP) représentent la troisième tumeur la plus fréquente du système nerveux central (SNC) de l'enfant et n'a pas de marqueurs biologiques pronostiques identifiés. Le neuroblastome, quant à lui, est la tumeur solide extra crânienne la plus fréquente chez l'enfant et présente des anomalies génétiques et moléculaires qui ont été clairement liées au pronostic. Nos objectifs étaient de décrire un profil de méthylation de ces deux cancers de l'enfant et chercher des relations possibles avec l'évolution clinique. Dans la première étude, une série de 27 enfants avec un EP intracrânien et 7 avec papillome du plexus choroïde a été étudiée. Nous avons décrit et comparé le statut de méthylation de 19 gènes. Dans la deuxième étude, 62 neuroblastomes (NB) ont été évalués pour le statut de la méthylation de ces gènes. Nous n'avons pas trouvé de relation statistiquement significative entre la méthylation et l'évolution clinique, mais les méthylations ne semblent pas être distribuées sous une forme aléatoire dans les EP et les NB et peut représenter un mécanisme de développement et d'évolution tumorale. L'hyperméthylation a été corrélée au stade clinique des NB: stades 1, 2 et 4s étaient moins fréquemment méthylés que les stades 3 et 4 (p = 0. 002). En conclusion, les résultats de nos séries indiquent que la méthylation des gènes suppresseurs peut avoir un rôle dans l'évolution et le développement des cancers de l'enfant. L'étude des altérations épigénétiques est nécessaire pour améliorer la comprehension des mécanismes de la carcinogenèse dans les tumeurs pédiatriques. Ces altérations pourraient, donc, être utilisées comme des marqueurs de maladies ou d'évolutivité et les gènes méthylés pourraient être considérés comme des nouvelles cibles thérapeutiques
During the last 10 years, a new mechanism of tumor development has been described: the hypermethylation of tumor suppressor genes. These epigenetic modifications were rarely studied in childhood cancer and large series of patients didn't exist before 2003. We studied two groups of childhood tumors; ependymoma and neuroblastome. Ependymomas (EP) represent the third most frequent type of central nervous system (CNS) tumor of childhood. No prognostic biological markers are available, and differentiation from choroid plexus papilloma (CPP) is difficult. On the other hand, neuroblastoma, the most common extracranial solid cancer diagnosed in infancy and childhood, has some genetic abnormalities that are clearly related to prognosis as NMYC amplification. Our objectives were to describe a methylation profile in these two childhood cancers and try to find a relationship between genes methylation and clinical evolution. In the first study, for a sample of 27 children with intracranial EP and 7 with CPP, we described and compared the methylation status of 19 genes. On the second study, 62 neuroblastomas were studied in terms of the methylation status of the same genes. Although we did not observe a statistical relationship between methylation and clinical outcome, the methylation pattern does not appear to be randomly distributed in ependymoma and in neuroblastoma and may represent a mechanism of tumor development and evolution. Hypermethylation was related to clinical stage in neuroblastoma: stages 1, 2 and 4s were less frequently methylated than those at stages 3 and 4 (p = 0. 002). In conclusion, the results from our series indicate that hypermethylation of tumor suppressor genes may be important in the development and evolution of childhood cancers. Thus, these epigenetic alterations could be used as a marker of the disease and genes regulating methylation should be considered as possible novel therapeutic targets

Le cancer, principale cause de mortalité dans le monde, est un problème majeur de santé publique. Malgré les nombreux traitements disponibles, il est nécessaire de développer de nouvelles thérapies plus efficaces et moins envahissantes. Aujourd’hui la connaissance du génome humain a dirigé la recherche vers de nouvelles approches: il est possible de moduler la réponse biologique en contrôlant l'accès aux informations génétiques via la régulation épigénétique.L’épigénétique est l’ensemble des modifications de l’expression des gènes n’entraînant pas de modifications dans la séquence d’ADN, qui mènent à un phénotype héritable et stable. Chez les eucaryotes, la régulation épigénétique implique des modifications covalentes de l'ADN (méthylation) et des histones (acétylation, méthylation…). Ces phénomènes modifient la structure de la chromatine, aboutissant à une configuration "ouverte" ou "fermée" permettant la transcription ou la répression de gènes. Dans une situation cancéreuse, le profil épigénétique est modifié ; la méthylation anormale de l’ADN ou des histones mène à la répression de certains gènes comme des gènes suppresseurs de tumeur, ou à l’expression des oncogènes. Contrairement aux changements génétiques irréversibles, les aberrations épigénétiques sont des modifications chimiques réversibles. Ainsi, des molécules capables de rétablir l'équilibre épigénétique représentent des outils thérapeutiques potentiels contre le cancer.La méthylation et l’acétylation sont les modifications épigénétiques les plus étudiées. La méthylation de l’ADN est catalysée par les ADN méthyltransférases (DNMTs), et la méthylation des histones par les histones méthyltransférases (HMTs).Le sujet de ce projet doctoral est porté sur les HMTs et en particulier sur DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomericsilencing), responsable des méthylations du résidu Lys79 de l’histone 3 (H3K79), conduisant à la transcription des oncogènes. En effet, des études ont montré que DOT1L est liée à la leucémie et se révèle être une cible intéressante à inhiber. DOT1L comme les DNMT ont un même cofacteur : le SAM (S-adénosyl-L-méthionine). Certains de leurs inhibiteurs présentent un mécanisme d'inhibition commun : ils entrent en compétition avec SAM.Nous présentons la conception basée sur des études de modélisation moléculaire, et la synthèse multi-étapes des séries des molécules formées par 3 motifs principaux : a) un motif aminopyrimidine, b) un motif de type benzimidazole ou phénylurée, liés par c) un groupement phényle ou hétérocyclique. L’activité des composés synthétisés sur DOT1L a été évaluée et des relations structure-activité (RSA) ont été établies. L’activité sur DNMT et d’autres HMTs a été déterminée également afin d’étudier la spécificité de nos composés.Différents structures ont été identifiées comme point de départ pour aboutir à des inhibiteurs sélectives de DOT1L ou à des inhibiteurs mixtes DOT1L/DNMT. Ces molécules sont considérées comme des outils thérapeutiques intéressants dans le traitement du cancer
Cancer is a serious issue of public health as it is one of the main causes of mortality worldwide. Despite the multiple available treatments, it is necessary to develop more efficient and less invasive therapies against cancer. The knowledge of the human genome and epigenome has directed research to new cancer treatment approaches: it is possible to modulate the biological outcome by controlling the access to the genetic information by means of the epigenetic regulation.Epigenetics are the changes happening on the genome without modifying its DNA sequence, leading to a heritable andstable phenotype. In the eukaryotic chromatin, epigenetic regulation implies covalent modifications of DNA and histones. These chemical modifications remodel the chromatin structure leading to an “opened” or “closed” configuration, which is related to the expression or repression of genes. The epigenetic landscape is altered in cancers; for example, abnormal methylation leads to the silencing of certain genes (such as tumor suppressor genes), or to the over-expression of oncogenes. Unlike genetic alterations that are irreversible, epigenetic aberrations are reversible. Thus, molecules that can reestablish the epigenetic balance represent potent therapeutic tools for cancer treatment.Methylation and acetylation are the most studied epigenetic modifications. DNA methylation is carried out by the DNAmethyltransferases (DNMTs) and histone methylation by the histone methyltransferases (HMTs).This PhD project was focused on the histone methyltransferase DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomeric silencing), responsible of methylation of residue Lys79 of histone 3 (H3K79), which leads to the transcription of some oncogenes. Recent studies have shown that DOT1L is implicated in MLL-rearranged leukemia (MLL-r, Myeloid-Lymphoid Leukemia) thus it is a potent target in cancer. As DOT1L and DNMTs share the same cofactor, S-adenosyl-L-methionine (SAM), DNMT and DOT1L inhibitors can present a common inhibition mechanism by competing with SAM.We present herein the in silico – based design, and the multi-step synthesis of some series of molecules containing 3 main moieties: a) an aminopyrimidine motif and b) a benzimidazole or phenylurea motif, linked by c) a phenyl or heterocycle motif. DOT1L activity was determined for the different compounds synthesized and structure-activity relationships (SAR) were established. The activity on DNMT and other HMTs was determined as well, in other to study the DOT1L specificity of our compounds.Different scaffolds were identified to obtain DOT1L-selective or DOT1L/DNMT dual inhibitors. These molecules are interesting therapeutic tools for cancer treatment

Les lymphocytes T CD4 (LT CD4) sont nécessaires à l'établissement d'une réponse anticancéreuse efficace en contribuant à l’induction des LT cytotoxiques spécifiques de la tumeur et à leur persistance. Cependant, le pronostic des patients peut être affecté différemment selon le type de LT CD4 infiltrant la tumeur (TIL). L'épigénétique joue un rôle important dans la régulation de la polarisation des LT CD4, de leur plasticité vers d'autres sous-ensembles et de leur maturation. Il a été démontré que l'utilisation de modulateurs épigénétiques pouvait réguler la différenciation des LT CD4. Ainsi, la manipulation des LT CD4 par des thérapies épigénétiques peut être utilisée comme une stratégie pour améliorer l'immunothérapie. Nos résultats ont confirmé la présence de LTh17 parmi les LT expandus provenant de métastases hépatiques du cancer colorectal. Le nombre des LTh17 présents dans les TIL expandus était corrélé à la survie des patients. Nous avons ensuite tenté d'évaluer l'effet des régulateurs épigénétiques sur la différenciation et la fonction des LT CD4. Le criblage d'une banque de régulateurs épigénétiques nous a permis d'identifier un activateur de Sirtuine 1, l’Agrimol B, capable de réduire la prolifération, la sécrétion de cytokines et l'expression de CCR6 à la surface des LT CD4. L’Agrimol B a ainsi permis de réguler la migration et la fonctionnalité des LTh17 provenant de donneurs sains. L'inhibition des caspases par notre molécule a empêché le clivage de Sirtuine 1, permettant ainsi le maintien de son activité dans les LT CD4 activés. Dans l'ensemble, ces travaux visent à mettre en évidence le rôle de l'épigénétique dans la régulation des différentes populations de LT CD4 afin de potentialiser l'efficacité de l'immunothérapie anticancéreuse
CD4 T-cells are necessary for the establishment of an efficient anti-cancer response by providing help for the priming and persistence of tumor-specific cytotoxic T lymphocytes. However, the prognosis of patients can be differently affected, depending on CD4 T-cell subtypes infiltrating the tumor (TIL). Epigenetics take an important part in : i) the regulation of CD4 T-cells polarization, ii) plasticity towards other subsets and iii) maturation. It has been shown before that epigenetic modulators could regulate CD4 T-cells differentiation. Thus, the treatment of CD4 T-cells by epigenetic therapies can be used as a strategy to improve immunotherapy. Our results confirmed the presence of Th17-cells in expanded T-cells issued from liver metastases of colorectal cancer. Moreover, the number of expanded Th17-cells among total TIL was inversely correlated with patients' survival. We then attempt to evaluate the effect of epigenetic regulators on both CD4 T-cells differentiation and function. A screening of a bank of epidrugs allowed us to identify a Sirtuin 1 activator, Agrimol B, that might downregulate proliferation, cytokine secretion and CCR6 expression on CD4 T-cells. Our results thus indicated that Agrimol B might regulate the migration and the functionality of Th17-cells from healthy donors. Mechanistically, the inhibition of caspases by our molecule could prevent the cleavage of Sirtuin 1 and thus maintain its activity compared to control conditions. Together, this work aims to uncover the role of epigenetics in the regulation of CD4 T-cell subsets in order to potentiate the effectiveness of cancer immunotherapy

Les rétrovirus endogènes (ERV) sont constitutifs du génome des eucaryotes et représentent environ 400000 loci dans le génome humain divisés en différentes familles. Ces HERV (Human ERV) sont pour la majorité silencieux en contexte physiologique excepté dans le placenta mais présentent une activité transcriptionnelle en contexte pathologique comme par exemple dans les cancers. Il est difficile de comprendre de façon systématique les mécanismes de régulation/dérégulation des HERV et leur implication en contexte physiopathologique car il n’existe à ce jour aucun critère permettant de distinguer qu’elles sont les longues terminaisons répétées (LTR) transcriptionnellement actives dans l’ensemble de ces éléments de régulation. Nous avons développé deux générations de puces à ADN haute densité afin d’appréhender quelles étaient les LTR réactivées dans les cancers et de comprendre les mécanismes sous-jacents à la transcription des HERV. Avec la première version de la puce HERV, nous avons notamment identifié six loci de la famille HERV-W différentiellement exprimés dans le cancer testiculaire dont le locus ERVWE1 qui code pour la syncytine-1 impliquée dans la morphogénèse placentaire. L’analyse de l’ADN des tumeurs et des tissus sains adjacents démontre que l’hypométhylation des régions U3 promotrices est un pré-requis à l’activation des HERV. La deuxième version de la puce HERV a été utilisée pour une recherche de biomarqueurs pronostiques dans le cancer du poumon non à petites cellules. Ceci a permis de mettre en évidence des réactivations de HERV dans certains échantillons cancéreux et illustre la difficulté d’une telle approche au regard des disparités inter-individus
Endogenous Retroviruses (ERVs) are inherited part of the Eukaryotic genomes, and represent about 400,000 loci in the Human genome divided in distinct families. The majority of HERVs (Human ERV) are mainly silent in most physiological contexts excepted in placenta, whereas a significant expression is observed in pathological contexts such as cancers. It is difficult to understand HERV (de)regulation mechanisms and their implication in physio-pathological contexts, as there is no criteria defining transcriptional active promoters HERV long terminal repeats (LTRs) among all these regulatory élements. We developed two versions of highdensity DNA microarray to specifically detect LTR reactivated in cancers and try to understand transcription mechanism of HERV. With the first version of HERV-microarray, we identified six HERV-W loci over-expressed in testicular cancer, including the domesticated ERVWE1 locus which produces an envelope protein dubbed Syncytin-1 associated with placenta development. The analysis of DNA from tumoral versus normal tissue reveals that hypomethylation of U3 promoters in tumors is a prerequisite of HERV activation. The second version of HERV-microarray was used to identify prognosis biomarkers in non small cell lung cancer. This study identified HERV reactivation in some samples and highlighted difficulties of such approach due to inter-individuals disparities

La mémoire d’une cellule, c'est-à-dire sa capacité à exprimer un nombre bien défini de gènes est liée entre autres à la présence de petites modifications appelées modifications épigénétiques, positionnées sur la cytosine ou sur certains acides aminés des histones. Ces modifications déterminent la nature et les fonctions d’une cellule. Lorsque les cellules se multiplient, elles doivent transmettre ces informations à la descendance en recopiant fidèlement les méthylations de l’ADN et le code histone au bon endroit. La maintenance des profils de méthylation de l’ADN est réalisée par la DNMT1 (DNA MethylTransferase 1) qui est la plus abondante des méthyltransférases de l’ADN dans les cellules somatiques et a une préférence pour l’ADN hémi-méthylé et pour cela elle est considérée comme l’enzyme principale responsable de la duplication et de la maintienne des patrons de méthylation de brin parental au brin fille après la réplication de l’ADN. Incontestablement, l’UHRF1 (Ubiquitin-like containing PHD and RING Finger Domain 1) apparaît de plus en plus comme un acteur essentiel dans la duplication de l’information épigénétique. L’UHRF1 est surexprimée dans plusieurs lignées cancéreuses dans lesquelles des modifications aberrantes des profils de méthylation de l’ADN et du code histone ont été constamment identifiées. L’UHRF1 joue un rôle en tumorigénèse par la dérégulation de l’expression des gènes qui sont bien connus pour jouer un rôle primordial en cancérogénèse comme les gènes topoisomérase II RB1, p16INK4A, p14ARF et RAR. L’UHRF1 est requise pour la prolifération cellulaire particulièrement pour la transition G1/S. L’UHRF1 pourrait contribuer à la cancérogénèse par la répression permanente de l’expression des gènes suppresseurs de tumeurs aboutissant à la perte du contrôle de la transition G1/S du cycle cellulaire. L’UHRF1 contient dans sa structure cinq domaines fonctionnels: le domaine « Ubiquitin-like » (NIRF_N domain) qui pourrait être impliqué dans l’interaction de l’UHRF1 avec le protéasome. Le « Cryptic Tandem Tudor Domain » (TTD domains) qui pourrait être impliqué dans la di / triméthylation de lysine 9 de l’histone H3. Le domaine PHD « The Plant Homeo Domain » qui est capable de lire le code histone et de discriminer entre les H3K4me3 et H3K4me2 (Histone 3 di- tri-méthylée à la lysine 4). Il a été proposé que le domaine PHD pourrait promouvoir l’activation génique ou la répression via son interaction avec H3K4 triméthylée et cette modification est une modification universelle de l’activation génique. Le « Set and Ring Finger Associated Domaine » (SRA domain) qui est trouvé seulement dans la famille UHRF chez les mammifères, est capable d’interagir à la fois avec HDAC1 (Histone DeACetylase 1) et les îlots CpG méthylés. Enfin, le domaine RING Finger « Really Interesting New Gene » qui a une activité E3 ligase pour l’histone H1, H2B et H3 mais assui pour la DNMT1. La présence de ces cinq domaines dans la structure de l’UHRF1 suggère que l’UHRF1 a la faculté de lire et réguler le code épigénétique. Pour comprendre le rôle de l’UHRF1 dans la régulation du code épigénétique et dans le but de rechercher des protéines qui pourraient interagir avec le domaine SRA de l’UHRF1, nous avons fait appel au système du double hybride en collaboration avec la société Hybrigenics (Paris). Plusieurs clones codants pour une séquence de 215 acides aminés ont été isolés, et montrent 100% d’homologie avec une séquence de la DNMT1 humaine. Nous avons appelé ce nouveau domaine de la DNMT1 le «SRA-binding domain » (SRA-BD). Cette interaction a été confirmée par GST-pull down et co-immunoprécipitation dans les cellules Jurkat et les cellules musculaires lisses immortalisées (SMC1-HVT). Ces résultats sont en accord avec d’autres travaux dans lesquels l’UHRF1 est proposée pour être capable de recruter la DNMT1 à l’ADN hémi-méthylé pour une duplication fidèle des patrons de méthylation de l’ADN. La structure du domaine SRA montre que ce domaine se comporte comme une « main », dont deux «doigts» font basculer une cytosine méthylée dans le grand sillon de l’ADN, permettant ainsi à la « paume » d’interagir avec le groupement méthyle. Ce mécanisme est appelé «methyl-cytosine-base-flipping mechanism». Pour comprendre le rôle de ce complexe UHRF1/DNMT1 sur l’expression génique des gènes suppresseurs de tumeurs p16INK4A, RB1 et sur l’expression du gène Facteur de Croissance Endothélial Vasculaire (VEGF), nous avons analysé leur expression dans les cellules « knocked-down » pour l’UHRF1 ou pour la DNMT1. Nous avons trouvé que la perte de fonction de l’UHRF1 ou de la DNMT1 aboutit à la diminution de l’expression du gène du VEGF, un facteur pro-angiogénique majeur tandis que les expressions des gènes suppresseurs de tumeurs p16INK4A et RB1 ont été significativement augmentées. Ces résultats indiquent que l’UHRF1 et la DNMT1 sont impliquées dans l’expression du gène VEGF probablement par l’interaction du domaine SRA de l’UHRF1 avec un nouveau domaine de la DNMT1 « SRA-BD » et l’augmentation de l’expression de p16INK4A. Nous avons proposé que la méthylation de l’ADN, l’ubiquitination et l’acétylation des histones soient présentées dans un grand complexe impliqué dans la réplication du code épigénétique que nous avons appelé « ECREM » pour « Epigenetic Code REplication Machinery », comportant Tip60 (Tat-interactive protein, 60 kDa). Tip60 est une histone acétyltransférase avec une spécificité vers la lysine 5 of H2A (H2AK5) et joue plusieurs rôles dans les processus du remodelage de la chromatine. Les expériences de co-immunoprécipitation et immunocytochemistrie ont montrées que Tip60 est présente dans le même complexe macromoléculaire avec l’UHRF1, la DNMT1 et HDAC1. Le « knockdown » de l’expression de l’UHRF1 ou de la DNMT1 par RNA interférence, augmente l’expression de Tip60 mais diminue significativement le niveau de l’acétylation de H2AK5. Ces résultats suggèrent que l’UHRF1 et la DNMT1 sont requises pour acétyler H2AK5 et que Tip60 participe à un grand complexe comportant UHRF1, HDAC1 et DNMT1 responsable de la réplication du code épigénétique. Ainsi, un effet direct de l’UHRF1 sur le code histone pourrait être dû à son activité enzymatique (E3 ligase) alors qu’un effet indirect pourrait être produit par le biais de son association avec ses partenaires. Ces résultats suggèrent que l’UHRF1 commande et régule le lien entre les modifications des histones et la méthylation de l’ADN dans le contexte de l’angiogénèse tumorale et la répression des gènes suppresseurs de tumeurs. Le « knockdown » de l’UHRF1 provoque une diminution du niveau de la méthylation de l’ADN et modifie la structure chromatinienne. La méthylation de l’ADN régule les modifications des histones considérant que la perte de la DNMT1 dans les cellules humaine du cancer du colon résulte en une diminution et distribution de H3K9me3 (histone H3 triméthylée sur la lysine 9). L’UHRF1 est nécessaire pour la maintenance des méthylations de l'ADN et interagit également avec H3K9me3 d’une manière indéterminée. Nous avons montré que l’UHRF1 contient un Tandem Tudor Domain (TTD) qui reconnaît les extrémités N-terminales de l’H3 associées à la lysine 9 triméthylée et à la lysine 4 non modifiée (H3K4me0/K9me3). La suppression de H3K4 montre l’importance de l’H3K4 non-modifiée pour que le domaine TTD de l’UHRF1 puisse reconnaître l’H3K9me3. L’UHRF1 déficiente en termes d’affinité pour l’H3K9me3 montre des localisations modifiées dans l’hétérochromatine et ne parvient pas à maintenir la répression d'un gène cible, p16INK4A. La capacité de TTD d’interagir avec l’histone H3K9me3 et avec l’histone H3K4 non-modifiée dans le même peptide suggère que la méthylation de l’ADN et les modifications des histones répressives sont fortement coordonnées par le biais de l’UHRF1, probablement par le recrutement des enzymes modificatrices de la chromatine HDAC1, DNMT1, Suv39H1 et G9a. L’ensemble de ces travaux nous a amené à mieux comprendre le rôle de l’UHRF1 et de ses partenaires DNMT1, HDAC1 et Tip60 dans la régulation du code épigénétique et dans la régulation de l’expression de certains gènes suppresseurs de tumeurs (p16INK4A et RB1). De même nos études soutiennent le fait que de trouver un inhibiteur spécifique de l’UHRF1 serait très intéressant pour une stratégie anti-cancéreuse ciblant la transmission de l’information épigénétique d’une cellule mère cancéreuse aux cellules filles
The memory of a cell, i. E. , its ability to express a defined number of genes, is linked to the presence of small changes called epigenetic modifications, positioned on cytosine or on certain amino-acids of histones. These modifications determine the nature and functions of a cell. When the cells proliferate, they must transmit this information to the offspring by copying faithfully the methylation patterns of DNA and the histone code at the right place. The maintenance of methylation patterns of DNA is achieved by DNMT1 (DNA MethylTransferase 1) that is the most abundant DNA methyltransferase in somatic cells and has a preference for hemimethylated DNA. DNMT1 is considered as the main enzyme responsible for duplication and maintainance patterns of DNA methylation from the parental strand to the daughter strand after DNA replication. Undoubtedly, the UHRF1 (Ubiquitin-like containing PHD and RING finger domain 1) increasingly appears as a key player in the duplication of the epigenetic information. UHRF1 is overexpressed in several cancer cell lines in which aberrant changes of DNA methylation patterns and of the histone code have been identified. The UHRF1 plays a role in tumorigenesis by the maintainance of the deregulation of the expression of genes that are known to play an important role in carcinogenesis, such as topoisomerase II  RB1, p16INK4A, p14ARF and RAR. UHRF1 is required for cell proliferation, particularly for the transition G1/S. UHRF1 may contribute to carcinogenesis by the permanent repression of the expression of tumor suppressor genes leading to the loss of control of G1/S transition of the cell cycle. UHRF1 contains in its structure five functional domains: the ubiquitin-like domain (NIRF_N domain) which may be involved in the interaction of UHRF1 with the proteasome. The “Cryptic tandem Tudor domain” (TTD domains) that may be involved in the di/trimethylation of lysine 9 of histone H3. The PHD domain “The Plant Homeo Domain” which is able to read the histone code and discriminate between H3K4me3 and H3K4me2 (histone 3 di- tri-methylated at lysine 4). It was proposed that the PHD domain could promote gene activation or repression through its interaction with trimethylated H3K4 and this change is a universal modification of gene activation. The “Set and Ring Finger Associated domain” (SRA domain) which is only found in the family UHRF in mammals and is able to interact with both HDAC1 (Histone Deacetylase 1) and methylated CpG islands. Finally, the RING finger domain “Really Interesting New Gene” that has an E3 ligase activity towards histones H1, H2B and H3 but also towrds DNMT1. The presence of these five domains in the structure of UHRF1 suggests that UHRF1 has the ability to read and control the epigenetic code. To understand the precise role of UHRF1 in the regulation of the epigenetic code and in order to search for proteins that could interact with the SRA domain of UHRF1, we used the two-hybrid system in collaboration with Hybrigenics (Paris). Several clones encoding a sequence of 215 amino acids were isolated, and showed 100% homology with a sequence of a new domain of the human DNMT1. We called this new domain of DNMT1 the "SRA-binding domain" (SRA-BD). This interaction was confirmed by GST pull-down assay and coimmunoprecipitation experiments in Jurkat cells and immortalized smooth muscle cells (SMC1-HVT). These results are consistent with other studies which showed that UHRF1 is able to recruit DNMT1 to hemimethylated DNA for faithful replication of DNA methylation patterns. Analysis of the SRA domain structure demonstrates that this domaine behaves as a “hand” with a “palm’’ that holds the methylated cytosine residue, after which two “fingers” flip the methylated cytosine out from the DNA helix into the major DNA groove. The flipped methylated cytosine enables UHRF1 to be anchored at the hemimethylated site to give the time necessary for DNMT1 to methylate the newly synthesized DNA. This mechanism is called "methyl-cytosine base-flipping mechanism ". To understand the role of the UHRF1/DNMT1 complex on gene expression of tumor suppressor genes p16INK4A, RB1 and on the expression of Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), we analyzed their expression in UHRF1 or DNMT1-knocked-down cells. We found that the loss of UHRF1 or DNMT1 function leads to decreased expression of VEGF, a major pro-angiogenic factor, while the expressions of the tumor suppressor genes p16INK4A and RB1 were significantly increased. These results indicate that UHRF1 and DNMT1 are involved in VEGF gene expression probably by the interaction of the SRA domain of UHRF1 with the "SRA-BD" of DNMT1 and increasing the expression of p16INK4A. It was proposed that DNA methylation, ubiquitination and acetylation of histones are presented in a large complex involved in replication of the epigenetic code that was named "ECREM" for "Epigenetic Code REplication Machinery", with Tip60 (Tat-interactive protein, 60 kDa). Tip60 is a histone acetyltransferase with specificity towards lysine 5 of H2A (H2AK5) and plays multiple roles in the processes of chromatin remodeling. The co-immunoprecipitation and immunocytochemistry experiments have shown that Tip60 is present in the same macromolecular complex with UHRF1, DNMT1 and HDAC1. The knockdown expression of UHRF1 or DNMT1 by RNA interference increased the expression of Tip60 but significantly decreased the level of acetylation of H2AK5. These results suggest that UHRF1 and DNMT1 is required to acetylate H2AK5, and Tip60 participates in a large complex including UHRF1, HDAC1 and DNMT1 responsible for the replication of the epigenetic code. Thus, a direct effect of UHRF1 on the histone code might be due to its enzymatic activity (E3 ligase) while an indirect effect could be produced through its association with its partners. These results suggest that UHRF1 control and regulate the relationship between histone modifications and DNA methylation in the context of tumor angiogenesis and suppression of tumor suppressor genes. UHRF1 knockdown causes a decrease in the levels of DNA methylation and chromatin structure changes. DNA methylation controls histone modifications considering that the loss of DNMT1 in human colon cancer cells results in a decrease and redistribution of H3K9me3 (histone H3 trimethylated on lysine 9). UHRF1 is necessary for maintenance DNA methylation and also interacts with H3K9me3 in an unknown manner. We showed that UHRF1 contains a Tandem Tudor Domain (TTD) that recognizes H3 tail peptides with the heterochromatin-associated modification state of trimethylated lysine 9 and unmodified lysine 4 (H3K4me0/K9me3). Mutant UHRF1 protein deficient for H3K4me0/K9me3 binding shows altered localization to heterochromatic chromocenters and fails to reduce expression of a target gene, p16INK4A, when overexpressed. Our results demonstrate that DNA methylation and repressive histone modifications are highly coordinated through UHRF1, probably by the recruitment of chromatin modifying enzymes HDAC1, DNMT1, G9a and Suv39H1. Finally this work led us to better understand the role of UHRF1 and its partners DNMT1, HDAC1 and Tip60 in regulating the epigenetic code and in regulating the expression of some tumor suppressor genes (p16INK4A and RB1). Similarly, our studies support the idea that finding a specific inhibitor of UHRF1 would be very interesting for a anti-cancer therapy targeting the transmission of the epigenetic information from a mother cancer cell to daughter cells

La récidive et la progression métastatique du cancer du sein ne sont toujours pas curables. Le concept des cellules souches cancéreuses (CSC) pourrait apporter une explication à ces échecs. Les CSC résisteraient aux thérapies conventionnelles (chimiothérapies, radiothérapie) et seraient responsables de la rechute et de la progression du cancer. L'élimination des CSC semble être un pré-requis indispensable pour le traitement des patientes. L'identité et le destin des cellules souches sont finement régulés par des acteurs épigénétiques. Les travaux de cette thèse se sont intéressés aux conséquences de la dérégulation de deux acteurs épigénétiques en particulier : les enzymes HDAC et le long ARN non-codant Xist. Nous avons montré que la modulation épigénétique via l'inhibition des HDAC (HDACi) permet d'éliminer les CSC en induisant leur différenciation. Nous présentons une nouvelle stratégie thérapeutique pour le cancer du sein : la thérapie différenciante. Nous avons déterminé Xist comme étant le biomarqueur prédictif de la réponse aux HDACi. Xist étant un partenaire clé de la plasticité cellulaire, les travaux de cette thèse se sont ensuite intéressés aux conséquences de la dérégulation de Xist dans l'initiation tumorale. Nous avons observé que l'inhibition de Xist favorise la division des cellules souches mammaires normales. Nous proposons un nouveau modèle de l'initiation tumorale où la dérégulation épigénétique est une modification précoce sans conséquence sur l'homéostasie tissulaire mais pourrait être la première étape de la transformation cancéreuse
These last decades have allowed deciphering the biology of breast cancer and improving the therapeutic management. However, recurrence and metastatic progression of the disease are still not curable. The concept of cancer stem cells (CSC) could provide an explanation for these failures. CSC would resist conventional therapies (chemotherapy, radiotherapy) and would be responsible for both relapse and progression of cancer. The elimination of CSC seems to be an essential prerequisite for the treatment of patients. The identity and fate of stem cells are tightly regulated by epigenetic mechanisms. The work of this thesis investigated the consequences of deregulation of two epigenetic players: HDAC enzymes and long non-coding RNA Xist. We have shown that epigenetic modulation via HDAC inhibitor (HDACi) eliminates the CSC by inducing their differentiation. We present a new therapeutic strategy for breast cancer: differentiation therapy. We determined Xist as the predictive biomarker of response to HDACi. Xist is a key partner of cell plasticity, the work of this thesis therefore interested in the consequences of Xist deregulation in tumor initiation. We observed that Xist inhibition promotes division of normal breast stem cells. We propose a new model of tumor initiation: epigenetic deregulation is an early change without consequence on tissue homeostasis but could be the first step of the cancerous transformation

Dans le domaine de l’épigénétique, la méthylation de l’ADN et les modifications des histones ont longtemps focalisé l’attention de la recherche biologique et médicale. Toutefois, notre vision de l’épigénétique s’est fortement élargie avec la découverte de « nouvelles » modifications épigénétiques de l’ADN et de l’ARN. Dès lors, au cours de cette thèse, nous avons voulu explorer trois de ces modifications, et leurs enzymes, dans le cadre des cancers du sein.Premièrement, nous avons étudié l’enzyme TET1, responsable de l’hydroxyméthylation de l’ADN (5hmC). Nous avons découvert que le niveau d’expression de TET1 dans les tumeurs mammaires basal-like corrélait avec les changements de 5hmC par rapport au tissu sain. Nous avons aussi établi un lien inédit entre la répression de TET1 et l’infiltration immune dans ces cancers. Nous avons ensuite démontré que cette répression était liée à l’activation canonique de NF-κB, un régulateur majeur de l’immunité et l’inflammation. Enfin, nous avons étendu ce nouveau mode de régulation de TET1 par l’immunité à d’autres types de cancers, y compris le mélanome, le cancer du poumon et le cancer de la thyroïde.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons effectué la première étude transcriptomique d’une nouvelle modification de l’ARN, l’hydroxyméthylation de l’ARN (5hmrC). Chez la drosophile, nous avons révélé la distribution de cette marque le long du transcriptome, associé une fonction régulatrice de la traduction protéique à la marque et révélé le rôle central de 5hmrC et dTet, l’enzyme responsable de sa formation, dans le développement du système nerveux central. A la suite de cette étude pionnière, nous avons investigué 5hmrC en lignées mammaires et nous avons découvert plus de 700 ARNs différentiellement hydroxyméthylés dans les cellules cancéreuses par rapport aux cellules mammaires normales. Globalement, nos résultats indiquent que 5hmrC constitue un nouveau niveau de dérégulation de la fonction des gènes dans les cancers du sein.Dans la dernière partie, nous avons examiné le rôle de la méthylation de l’ARN (m6A) dans les cancers mammaires. Nous avons cartographié la distribution de m6A en lignées et en tissus humains et identifié près de 2000 ARNs différentiellement méthylés dans les cellules cancéreuses. Ensuite, nous avons découvert qu’une déméthylase de l’ARN, FTO, était sous-exprimée dans les cancers du sein, et nous avons démontré que cette dérégulation s’accompagnait d’une augmentation globale de m6A et d’un mauvais pronostic de survie chez les patients. In vitro, la sous-expression de FTO cause un phénotype plus agressif en termes de migration, invasion et caractère souche des cellules cancéreuses mammaires. Ainsi, nos résultats semblent assigner une fonction suppressive de tumeur à FTO dans la glande mammaire.En conclusion, nos résultats démontrent l’importance biologique des « nouvelles » modifications de l’ADN et l’ARN et de leur dérégulation dans le développement des tumeurs mammaires. Nos données mettent au jour de nouveaux mécanismes par lesquels l’épigénétique contribue au processus de cancérogénèse et indiquent que l’étude de ces modifications pourrait avoir une utilité clinique.
Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine)
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Le complexe de remodelage de la chromatine SWI/SNF est un régulateur épigénétique majeur impliqué dans le développement embryonnaire et dans la différentiation cellulaire. De plus, les gènes qui encodent les sous-unités de SWI/SNF sont altérés dans au moins 20% de cancers. Bien que le complexe SWI/SNF soit le plus souvent considéré comme suppresseur des tumeurs, il existe des preuves croissantes que le rôle de SWI/SNF dans le cancer peut dépendre du type de tissu et du contexte.Dans la première partie de cette dissertation, nous présentons la caractérisation moléculaire d’une cohorte indépendante de carcinomes à petites cellules de l’ovaire de type hypercalcémiant (SCCOHT), comme exemple d’un cancer sous-tendu par des altérations perte-de-fonction de la sous unité catalytique de SWI/SNF, SMARCA4. Dans la deuxième partie, nous explorons le rôle du SWI/SNF dans le cancer de la prostate (CP), y compris ses formes les plus agressives : le CP résistant à la castration et le carcinome neuroendocrine. Alors que les mutations des gènes de SWI/SNF sont très rares dans le CP, nous montrons que l’expression de certaines sous-unités peut être dérégulée et qu’une haute expression de SMARCA4 est associée à des CP agressifs. De plus, nous montrons que plusieurs lignées cellulaires de CP dépendent de SWI/SNF pour leur croissance.Au total, ces deux exemples supportent l’hypothèse que SWI/SNF peut jouer des rôles différents dans le cancer en fonction du type tumoral
The SWI/SNF chromatin remodeling complex is a major epigenetic regulator involved in embryonic development and in cell differentiation. In addition, genes encoding components of SWI/SNF are altered in at least 20% of cancers. Even though the SWI/SNF complex is usually regarded as a tumor suppressor, there is increasing evidence that the role of SWI/SNF in cancer may be tissue type- and context-dependent.In the first part of this dissertation, we present the molecular characterization of an independent cohort of small cell carcinomas of the ovary, hypercalcemic type (SCCOHT), as an example of a malignancy driven by loss-of-function alterations of the catalytic subunit of SWI/SNF, SMARCA4. In the second part, we explore the role of SWI/SNF in prostate cancer (PCa), including its most aggressive forms: castration-resistant prostate cancer and neuroendocrine prostate cancer. We show that while SWI/SNF mutations are exceedingly rare in PCa, the expression of several SWI/SNF subunits can be deregulated and that high SMARCA4 expression is associated with aggressive PCa. In addition, we show that many PCa cell lines are dependent on SWI/SNF for their growth.Taken together, these two examples further support the hypothesis that SWI/SNF can play different roles in cancer, depending on the tumor type

Si de nombreuses études soutiennent l’existence d’une relation étroite entre les désordres nutritionnels, les modifications épigénétiques et l’étiologie du cancer colorectal (CCR), les mécanismes sous-jacents restent à éclaircir. Les gènes suppresseurs de tumeurs de la famille UNC5H (UNC5A, B, C et D) qui codent des récepteurs membranaires contrôlant la balance survie/apoptose font partie des gènes fréquemment réprimés au cours de la carcinogenèse colique par des mécanismes épigénétiques encore peu compris. Dans le modèle murin de carcinogenèse colique AOM/DSS, nous avons montré que l’expression d’UNC5A, UNC5B et UNC5C était diminuée dans les tumeurs mais exclusivement chez les souris soumises à un régime riche en sucres (HCD) durant toute la durée de l’expérience, reliant ainsi la nutrition à leur perte d’expression dans le CCR. La O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle ciblant des milliers de protéines nucléocytoplasmiques et mitochondriales intervenant dans divers processus cellulaires fondamentaux parmi lesquels la régulation épigénétique de l’expression génique et dont les niveaux sont augmentés au cours de la carcinogenèse colique. Les niveaux de O-GlcNAcylation dépendent étroitement du nucléotide sucre donneur de la réaction, l’UDP-GlcNAc, qui lui-même est au carrefour de plusieurs métabolismes définissant cette glycosylation comme un senseur nutritionnel. Dans ce contexte, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle la O-GlcNAcylation puisse représenter un des relais moléculaires entre la nutrition et la répression des gènes de la famille UNC5H au cours de la carcinogenèse colique. Dans des cellules cancéreuses coliques humaines, par une combinaison d'approches incluant inhibitions pharmacologiques et interférence à l’ARN couplées à des analyses en RT-qPCR et à des tests d’activité promotrice, nous avons montré l’action conjointe de la O-GlcNAcylation et d’EZH2 (la sous-unité catalytique du complexe PRC2 responsable du dépôt de la marque épigénétique répressive H3K27Me3) dans la régulation de l’expression d’UNC5A. Plus précisément, des expériences de CUT&RUN nous ont permis de prouver que la O-GlcNAcylation d’EZH2 permet son recrutement sur le promoteur d’UNC5A afin de réprimer sa transcription. L’ensemble de nos résultats soutiennent donc l'hypothèse selon laquelle la O-GlcNAcylation pourrait représenter une nouvelle connexion entre la nutrition et la régulation épigénétique de gènes suppresseurs de tumeurs clés régissant la cancérisation de la muqueuse colique
Although many studies support a close relationship between nutritional disorders, epigenetic changes and the etiology of colorectal cancer (CRC), the underlying mechanisms remain to be elucidated. The UNC5H tumor suppressor genes (UNC5A, B, C and D) that code for membrane receptors controlling the survival/apoptosis balance are among the genes frequently repressed during colonic carcinogenesis by epigenetic mechanisms that are still poorly understood. In the AOM/DSS mouse model of colonic carcinogenesis, we showed that UNC5A, UNC5B and UNC5C expression was decreased in tumors but exclusively in mice subjected to a High Carbohydrate Diet (HCD) during all the time course of the experiment, thus linking nutrition to their repression in CRC. O-GlcNAcylation is a post-translational modification targeting thousands of nucleocytoplasmic and mitochondrial proteins involved in various fundamental cellular processes including epigenetic regulation of gene expression and whose levels are increased during colonic carcinogenesis. O-GlcNAcylation levels depend of UDP-GlcNAc, the sugar nucleotide donor of the reaction, which itself is at the crossroad of several metabolisms, thus defining this glycosylation as a nutritional sensor. In this context, we hypothesized that O-GlcNAcylation could be one of the molecular relays between nutrition and UNC5H genes repression during colonic carcinogenesis. In human colon cancer cells, by using a combination of pharmacological inhibitions and siRNA approaches coupled to RT-qPCR analyses and promoter activities studies, we showed that O-GlcNAcylation and EZH2 (the catalytic subunit of the PRC2 complex responsible for the deposition of the epigenetic repressive mark H3K27Me3) act jointly to repress UNC5A expression. More precisely, by CUT&RUN experiments, we demonstrated that O-GlcNAcylation of EZH2 allows its recruitment onto the UNC5A promoter to repress its transcription. To conclude, all these results confirm the hypothesis that O-GlcNAcylation could be a new connection between nutrition and epigenetic regulation of tumor suppressor genes governing the cancerization of the colonic mucosa

Pendant les derniers stades de la spermatogenèse, les cellules germinales mâles post-méiotiques subissent une réorganisation dramatique de l'architecture de leur chromatine, impliquant notamment le remplacement presque total des histones par les protamines, créant des noyaux fortement condensés que l'on trouve dans le sperme mature. Au cours de ce processus, un événement précoce clé est la vague d'hyperacetylation des histones, qui précède leur remplacement. Notre équipe a précédemment identifié le facteur d'expression testiculaire de la famille BET, Brdt (BRomoDomain Testis), qui se lie aux histones acétylées via ses deux bromodomaines, comme essentiel au cours de ce processus. Cependant, les mécanismes aboutissant à l'hyperacétylation des histones à l'échelle génomique sont encore inconnus, ce qui reste l'une des questions majeures dans le domaine. La protéine NUclear in Testis (NUT) est un facteur spécifique testiculaire dont la fonction physiologique dans les cellules germinales mâles était inconnue. Cette protéine se trouve exprimée de manière ectopique dans un cancer rare mais très agressif, le carcinome de la ligne médiane (NUT Midline Carcinoma), en fusion avec BRD4, produisant ainsi une protéine de fusion hautement oncogène. Dans les cellules cancéreuses NUT est capable de recruter et d'activer l'histone acétyltransférase p300, contribuant ainsi à l'activité oncogénique de la protéine de fusion BRD4-NUT. Mon projet de doctorat est d'explorer la fonction physiologique de NUT, en étudiant des souris knock-out pour NUT qui ont été générées par notre équipe en collaboration avec Mathieu Gérard (Saclay). L'absence de NUT provoque une stérilité mâle associée à un arrêt de la spermatogenèse lors de l'allongement et de la condensation des spermatides, au stade où normalement les histones sont remplacées. D'autres expériences suggèrent que NUT pourrait agir sur la régulation de marques épigénétiques, y compris l'hyperacétylation des histones. Les mécanismes par lesquels NUT interfère avec la vague d'acétylation et les facteurs en interaction, y compris Brdt, sont explorées. Au total, cette étude démontre la contribution essentielle du NUT à la régulation épigénétique et au remplacement des histones au cours de la maturation post-méiotique des cellules germinales mâles
During the late stages of spermatogenesis, post-meiotic male germ cells undergo a dramatic reorganization of their chromatin architecture involving the almost genome wide replacement of histones by protamines, creating highly condensed nuclei that are found in the mature sperm. During this process a key early event is known to be the wave of histone hyperacetylation, which precedes their replacement. Our team previously reported that the testis specific BET factor BRDT (BRomoDomain Testis specific), which binds acetylated histones, is essential during this process. However, how this genome wide hyperacetylation occurs has remained one of the major questions in the field. NUclear protein in Testis (NUT) is a testis specific factor whose physiological function in male germ cells was unknown. It has been found ectopically expressed in NUT Midline Carcinoma, a rare but highly aggressive cancer, in fusion with BRD4, resulting in a highly oncogenic fusion protein. In cancer cells, NUT is able to recruit and activate the histone acetyltransferase p300, hence contributing to the oncogenic activity of the BRD4-NUT fusion protein. My Ph.D. project investigates the original function of NUT by using NUT knockout mice that were generated by our team in collaboration with Mathieu Gerard (Saclay). The absence of NUT causes male sterility associated with a spermatogenic arrest during spermatids elongation/condensation, at a stage when histone replacement normally takes place. Additional experiments suggest that NUT could act through the regulation of epigenetic marks, including histone hyperacetylation. The mechanisms by which NUT interferes with the hyperacetylation wave and interacting factors, including Brdt, are explored. Altogether this study demonstrates the essential contribution of NUT to the epigenetic regulation and histone replacement during the post-meiotic maturation of male germ cells

Il est largement documenté que les patrons épigénétiques sont altérés dans les cancers. Pour autant, l’étendue et la nature précise de ces altérations, tout comme leur impact sur l’expression des gènes, restent encore peu appréciés. Mon projet de thèse est bâti sur ce constat, et s’inscrit en particulier dans la recherche des causes et conséquences des altérations épigénétiques dans les gliomes. Ces tumeurs du système nerveux central représentent en effet un excellent modèle, car elles présentent des défauts de méthylation de l’ADN permettant de discriminer deux populations de tumeurs avec des caractéristiques cliniques différentes. Notre stratégie, basée sur des analyses moléculaires exhaustives, s’est appuyée sur une cohorte de 70 échantillons tumoraux, classés sur la base de leur statut IDH, et de six lignées de cellules souches de glioblastomes (CSG).Ces travaux ont tout d’abord permis de relativiser la contribution de la méthylation de l’ADN dans les dérégulations transcriptionnelles observées dans les gliomes. Il apparait en effet que ce sont plutôt les altérations au niveau de la chromatine bivalente, et plus spécifiquement de la marque H3K27me3, qui sont la cause principale de ces dérégulations transcriptionnelles. Spécifiquement, nos données supportent un modèle selon lequel l’altération dans le contrôle de la marque H3K27me3, et plus spécifiquement dans les interactions entre le complexe PRC2 et la machinerie de transcription spécifique au cerveau, est la cause principale des altérations transcriptionnelles dans les gliomes.Cette étude révèle également que les gènes à homéodomaine, et en particulier les gènes HOX, constituent une catégorie à part dans les gliomes les plus agressifs (IDHwt). Leur signature moléculaire, associant gain d’expression et gain de méthylation de l’ADN, est en effet atypique. Nos données révèlent que cette altération est généralisée aux quatre clusters HOX, et que la réactivation de ces gènes est liée à la perte drastique et spécifique de la marque H3K27me3 sur ces régions. Cette étude conduit également à proposer un modèle original selon lequel l’hypométhylation globale de l’ADN est un élément déclencheur de l’expression ectopique détectée au niveau de nombreux gènes, et dont l’altération des gènes HOX aurait, via un effet domino, un rôle central. L’observation de l’altération de la marque H3K27me3 dans les gliomes, et en particulier aux clusters HOX, nous a également amené à nous interroger sur le rôle des ARN non codants dans ces mécanismes. En ce sens, un transcrit non codant encore peu caractérisé, nommé HOXA-AS2 (situé en antisens au niveau du cluster HOXA), a été identifié. Ce transcrit est significativement et spécifiquement surexprimé dans les gliomes IDHwt. Des approches de sous-expression dans des lignées bien caractérisées de CSG suggèrent un rôle central de HOXA-AS2 dans la biologie de ces cellules. Il contribuerait ainsi au caractère pathologique des CSG en inhibant les voies de l’inflammation et en favorisant la capacité des cellules à proliférer.Dans son ensemble, ce travail revisite le lien entre altérations épigénétiques et défauts d’expression dans les cancers et met en évidence qu’une altération dans le contrôle de la marque H3K27me3 est la principale cause des défauts d’expression des gènes
Epigenetic alterations are a well-known signature of cancer cells. However, the causes of these defects, as well as their consequence on gene expression, remain elusive. My thesis project specifically lies in this thematic, and focuses on the causes and consequences of epigenetic alterations in gliomas. These brain tumors can be divided into two subsets, based on IDH mutation status, that are characterized by different methylation profiles. Interestingly, the mutation of IDH is also associated with a better prognosis. Our strategy, based on exhaustive molecular analyses, relies on the study of 70 glioma samples, classified according to their IDH status, and of six glioblastoma stem cell (GSC) lines.We found that most transcriptional alterations in tumor samples were DNA methylation-independent. Instead, altered histone H3 trimethylation at lysine 27 (H3K27me3) was the predominant molecular defect at deregulated genes. Our results also suggest that the presence of a bivalent chromatin signature at CpG island promoters in stem cells predisposes not only to hypermethylation, as widely documented, but more generally to all types of transcriptional alterations in transformed cells. In addition, the gene expression strength in healthy brain cells influences the choice between DNA methylation- and H3K27me3-associated silencing in glioma. Highly expressed genes were more likely to be repressed by H3K27me3 than by DNA methylation. Our findings support a model in which altered H3K27me3 dynamics, more specifically defects in the interplay between Polycomb protein complexes and the brain-specific transcriptional machinery, is the main cause of transcriptional alteration in glioma cells. Also, our study revealed that homeodomain genes, and in particular HOX genes, are characterized by an atypical defect in aggressive gliomas (IDHwt), associating a gain of expression with an aberrant gain of methylation. We determined that this alteration affect all the four HOX clusters, and that the reactivation of these genes is likely a consequence of the aberrant loss of H3K27me3 that specifically affect these clusters. This study allows to propose a model whereby global DNA hypomethylation triggers ectopic expression of numerous genes through a cascade of events, in which HOX gene alteration would have a central role.The observation that H3K27me3 is deregulated in gliomas, and particularly on HOX genes, also lead us to investigate for the role of non-coding RNA in these mechanisms. We have identified HOXA-AS2, a yet poorly characterized long non-coding RNA located at HOXA locus, that is specifically and significantly overexpressed in IDHwt gliomas. The inhibition of HOXA-AS2 in well-characterized CSG lines suggests that this transcript play a central role in the biology of these cells. Thus, it would contribute to the aggressiveness of CSG by inhibiting inflammatory pathways and promoting cell proliferation. Altogether, these works revisit the relationship between epigenetic alterations and aberrant transcription, and present the control of H3K27me3 as the main cause of transcriptionnel defects in cancer

L'UHRF1 est une cible de médicaments pour traiter le cancer. Il est très présent dans de nombreux cancers, ce qui peut causer des problèmes de méthylation des gènes. Notre travail vise à étudier le potentiel anticancéreux des inhibiteurs de l'UHRF1-SRA (AMSA2, MPB7 et UM63), et à comprendre comment ils agissent et comment ils sont sélectifs envers les cellules cancéreuses. On a utilisé des techniques de biologie cellulaire et moléculaire. Cela a montré que ces composés ont un effet anticancéreux. Ils empêchent que le gène UHRF1 et le gène DNMT1 se retrouvent au même endroit. Ils contrôlent aussi leur niveau de protéines. Cela fait baisser la méthylation de l'ADN. On a aussi vu que le développement et le cycle des cellules cancéreuses ralentissaient, et que les protéines qui induisent l'apoptose augmentaient. L'analyse du méthylome a montré que ces inhibiteurs diminuaient l'hyperméthylation des TSG, ce qui réactivait leur rôle de protection contre le cancer. Ces composés n'ont eu qu'un faible effet sur les cellules non cancéreuses, ce qui a été confirmé dans des conditions de culture cellulaire en 2D et en 3D
UHRF1 has been identified as a druggable epigenetic target for cancer therapy as it is overexpressed in many cancers promoting hypermethylation/silencing of tumor suppressor genes (TSGs), which lead to uncontrolled cell proliferation. This thesis aimed to investigate the anticancer potential of UHRF1-SRA inhibitors (AMSA2, MPB7 and UM63), and to explore their mechanism of action as well as their selectivity towards cancer cells. Using multiple cell and molecular biology techniques, we revealed that these compounds exert anticancer activity. They prevent co-localization of UHRF1/DNMT1 tandem and also downregulate their protein levels which lead to a decrease in global DNA methylation. Furthermore, a significant arrest in cancer cell proliferation and cell cycle was observed, followed by an upregulation of pro-apoptotic proteins resulting in apoptosis. Methylome analysis revealed that these inhibitors decreased the hypermethylation at TSGs, reactivating their onco-protective role. Interestingly, these compounds exerted minimal impact on non-cancerous cells, validated in both 2D and 3D cell culture conditions

L’organisation nucléaire de la chromatine n’est pas aléatoire. Sa structure est parfaitement contrôlée, suivant un modèle hiérarchique avec différents niveaux d’organisation et de compaction. A large échelle, chaque chromosome occupe son propre espace au sein du noyau. A plus fine résolution, un chromosome est subdivisé en compartiments actifs ou répressifs, caractérisés par un état de la chromatine plus ou moins compact. A l’échelle du méga-base, cette organisation hiérarchique peut encore être divisée en domaines topologiques (ou TADs), jusqu’à la caractérisation de boucle d’ADN facilitant les interactions entre promoteurs et régions régulatrices. Très brièvement, et bien que les méchanismes exactes restent à déterminer, il a récemment été démontré que l’organisation spatiale de la chromatine dans une cellule normale joue un rôle primordial dans la régulation et l’expression des gènes. L’organisation en domaines topologiques implique la présence de complexes protéiques insulateurs tel que CTCF/cohésine. Ces facteurs jouent un rôle de barrière en restreignant et favorisant les interactions entre éléments régulateurs et gènes à l’intérieur d’un domaine, tout en limitant les interactions entre domaines. De cette façon, deux régions appartenant au même domaine topologique pourront fréquemment interagir, alors que deux régions appartenant à des domaines distincts auront une très faible probabilité d’interaction. Dans la cellule cancéreuse, l’implication de l’épigénome et de l’organisation spatiale de la chromatine dans la progression tumorale reste à ce jour largement inexplorée. Certaines études récentes ont toutefois démontré qu’une altération de la conformation de l’ADN pouvait être associée à l’activation de certains oncogènes. Même si les mécanismes exacts ne sont pas encore connus, cela démontre que l’organisation de la chromatine est un facteur important de la tumorigenèse, permettant, dans certains cas, d’expliquer les méchanismes moléculaires à l’origine de la dérégulation de certains gènes. Parmi les cas rapportés, une alération des régions insulatrices (ou frontières) entre domaines topologiques permettrait à des régions normalement éloignées spatialement de se retrouver en contact, favorisant ainsi l’activation de certains gènes. Une caractérisation systématique de la conformation spatiale des génomes cancéreux pourrait donc permettre d’améliorer nos connaissances de la biologie des cancers. Les techniques haut-débit d’analyse de la conformation de la chromatine sont actuellement largement utilisées pour caractériser les interactions physiques entre régions du génome. Brièvement, ces techniques consistent à fixer, digérer, puis liguer ensemble deux régions du génome spatialement proches. Les fragments d’ADN chimériques ainsi générés peuvent alors être séquencés par leurs extrémités, afin de quantifier le nombre de fois où ces régions ont été trouvées en contact. Parmi les différentes variantes de ces techniques, le Hi-C associé à un séquençage profond permet l’exploration systématique de ces interactions à l’échelle du génome, offrant ainsi une vue détaillée de l’organisation tri-dimensionnelle de la chromatine d’une population cellulaire
The chromatin is not randomly arranged into the nucleus. Instead, the nuclear organization is tightly controlled following different organization levels. Recent studies have explored how the genome is organized to ensure proper gene regulation within a constrained nuclear space. However, the impact of the epigenome, and in particular the three-dimensional topology of chromatin and its implication in cancer progression remain largely unexplored. As an example, recent studies have started to demonstrate that defects in the folding of the genome can be associated with oncogenes activation. Although the exact mechanisms are not yet fully understood, it demonstrates that the chromatin organization is an important factor of tumorigenesis, and that a systematic exploration of the three-dimensional cancer genomes could improve our knowledge of cancer biology in a near future. High-throughput chromosome conformation capture methods are now widely used to map chromatin interaction within regions of interest or across the genome. The Hi-C technique empowered by next generation sequencing was designed to explore intra and inter-chromosomal contacts at the whole genome scale and therefore offers detailed insights into the spatial arrangement of complete genomes. The aim of this project was to develop computational methods and tools, that can extract relevant information from Hi-C data, and in particular, in a cancer specific context. The presented work is divided in three parts. First, as many sequencing applications, the Hi-C technique generates a huge amount of data. Managing these data requires optimized bioinformatics workflows able to process them in reasonable time and space. To answer this need, we developped HiC-Pro, an optimized and flexible pipeline to process Hi-C data from raw sequencing reads to normalized contact maps. HiC-Pro maps reads, detects valid ligation products, generates and normalizes intra- and inter-chromosomal contact maps. In addition, HiC-Pro is compatible with all current Hi-C-based protocols

Avec 59 000 nouveaux cas en 2017, le cancer du sein est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les femmes françaises, et pose un réel problème de santé publique en France, mais aussi au niveau mondial. Il est bien établi que la complexité de la carcinogenèse implique des modifications épigénétiques profondes qui contribuent au processus du développement tumoral. La dérégulation des marques d'histones acétylées H3 et H4 font partie de ces modifications. L'acétylation et la désacétylation des protéines sont des modifications posttraductionnelles majeures qui régulent l'expression des gènes liés au cancer et à l'activité d'une myriade d'oncoprotéines. Ainsi, une activité désacétylase aberrante peut alors favoriser ou supprimer la tumorigenèse dans différents types de cancers humains, y compris le cancer du sein. La désacétylase SIRT1 et l’acétyltransférase TIP60 sont 2 enzymes épigénétiques antagonistes qui sont impliquées dans l'apoptose, la régulation des gènes, la stabilité génomique, la réparation de l'ADN, et le développement du cancer. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la dérégulation des profils d’acétylation des histones H3 et H4 dans les différents sous-types moléculaires du cancer du sein, et investigué l’implication de SIRT1 et de TIP60 dans la progression tumorale de cancer du sein. Tout d’abord, nous avons signalé les rôles de SIRT1 et de TIP60 comme des biomarqueurs pronostiques potentiels en révélant leurs expressions différentielles en fonction de l’agressivité du cancer. Ensuite, nous avons montré leur régulation épigénétique différentielle des cibles histones en fonction du sous-type moléculaire, ainsi que leur modulation de la marque activatrice H3K4ac. En outre, l’inhibition de ces 2 enzymes par des Épidrogues s’est avérée comme une stratégie efficace dans le traitement du cancer. Ces travaux mettent en relief alors, SIRT1 et TIP60 comme des cibles thérapeutiques potentielles du cancer sporadique du sein
With 59,000 new cases in 2017, breast cancer is the most frequently diagnosed cancer among French women, and poses a real public health problem in France, but also worldwide. It is well established that the complexity of carcinogenesis involves profound epigenetic deregulations that contribute to the tumorigenesis process. Deregulated H3 and H4 acetylated histone marks are amongst those alterations. Acetylation and deacetylation are major post-translational protein modifications that regulate gene expression and the activity of a myriad of oncoproteins. Aberrant deacetylase activity can promote or suppress tumorigenesis in different types of human cancers, including breast cancer. The deacetylase SIRT1 and the acetyltransferase TIP60 are 2 antagonistic epigenetic enzymes that are well implicated in apoptosis, gene regulation, genomic stability, DNA repair, and cancer development. In this manuscript, we identified the dysregulation of the histones H3 and H4 acetylation profiles in different molecular subtypes of sporadic breast cancer, and investigated the involvement of SIRT1 and TIP60 in breast tumorigenesis. First, we highlighted the roles of SIRT1 and TIP60 as potential prognostic biomarkers by revealing their differential expression patterns depending on breast cancer aggressiveness. Then, we demonstrated their differential epigenetic regulation of histone targets according to molecular subtype, and revealed their modulation of the H3K4ac epigenetic marker. Moreover, Epi-drugs mediated inhibition of these 2 enzymes has proven to be an effective strategy in the treatment of cancer. Thus, this work highlights the potential use of SIRT1 and TIP60 as epigenetic therapeutic targets for sporadic breast cancer

Problématique : De nombreuses recherches sont actuellement menées afin de découvrir des biomarqueurs pour aider les pathologistes à poser des diagnostics et pour éclairer les cliniciens dans le choix du meilleur traitement pour le cancer du sein. Ces biomarqueurs sont de diverses natures et plusieurs sont issus des caractéristiques de la tumeur. Mon projet de recherche visait à déterminer la valeur pronostique de marqueurs de méthylation de gènes candidats (PLAU (plasminogen activator, urokinase), RECK (reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs) et TIMP3 (TIMP metallopeptidase inhibitor 3)) principalement impliqués dans le processus d’angiogenèse. Approches méthodologiques et résultats: Nous avons étudié une population de 254 patientes diagnostiquées d’un cancer du sein entre 1983 et 1993, pour lesquelles les spécimens tumoraux ont été fixés au Bouin et congelés. Les informations clinicopathologiques sont disponibles pour ces patientes (âge, indice de masse corporelle, ER, PgR, taille de la tumeur, grade histologique, statut des métastases ganglionnaires, type histologique et densité des microvaisseaux). Préalablement à l’analyse des spécimens de la population à l’étude, nous avons développé une approche quantitative afin d’évaluer le statut de méthylation des gènes candidats. Une fois l’ADN isolé par microdissection à partir des spécimens tumoraux congelés, celui-ci a été traité avec une enzyme de restriction spécifique aux sites méthylés et soumis à des réactions spécifiques de polymérisation en chaîne (PCR). La spécificité, la linéarité et la reproductibilité de cette approche ont été clairement démontrées par comparaison avec des échantillons standardisés ainsi que sur des lignées cellulaires. En parallèle, une approche immunohistochimique automatisée a été développée pour évaluer l’expression de marqueurs tumoraux du sein. Nous avons démontré qu’il est possible d’obtenir des résultats semblables soit en faisant des marquages immunohistochimiques sur des coupes histologiques de tissus fixés au Bouin et enrobés dans la paraffine en utilisant une technique validée soit en faisant des immunohistochimies sur des coupes histologiques de spécimens fixés dans le formol tamponné neutre. Cette étape était nécessaire afin d’évaluer l’expression de gènes (ER, PgR, HER2, CK5/6, EGFR, P63, ECAD) reconnus pour la classification et la caractérisation des carcinomes mammaires. Enfin, l’étude du statut de méthylation de 3 gènes candidats a été effectuée sur les spécimens de la population à l’étude en utilisant les approches citées ci-haut. Une première observation révèle une association significative entre le statut de méthylation, du gène RECK et la survie spécifique au cancer du sein en analyse univariée (régression de Cox : rapport de risque (Hasard Ratio (HR) = 0.72; 95 % intervalle de confiance (IC), 0,53 to 0,98; P = 0,037) mais non significative en analyse multivariée (RR = 0,75; 95 % IC, 0,54 to 1,03; P = 0,075). Alors que l’atteinte ganglionnaire est un facteur de mauvais pronostic (RR = 6,07; 95 % IC, 4,30 to 8,55; P < 0,001), nous avons observé une interaction significative entre le statut des ganglions lymphatiques et celui du gène RECK (Pinteraction = 0,0011). En analyses multivariées, chez les patientes sans envahissement ganglionnaire, une association significative est observée entre la présence de méthylation du gène RECK et une augmentation de la survie (HR = 0,30; 95 % IC, 0,14 to 0,64; P = 0,002). Cependant, chez les patientes avec métastases ganglionnaires, la présence de méthylation du gène RECK est associée à une diminution de la survie (HR = 1,51; 95 % IC, 1,00 to 2,3; P = 0,05). Une association entre la présence de méthylation du gène TIMP3 et une meilleure survie a été observée mais celle-ci est non significative. Le marqueur de méthylation uPA testé dans notre étude n’est pas associé à la survie. Conclusion: Nous avons démontré que la méthylation du gène RECK dans le cancer du sein est associée à la survie. Nous avons également observé que cette association varie selon le statut de l’envahissement ganglionnaire. Cette étude mériterait d’être répliquée dans une population indépendante présentant les mêmes caractéristiques.
Problématique : De nombreuses recherches sont actuellement menées afin de découvrir des biomarqueurs pour aider les pathologistes à poser des diagnostics et pour éclairer les cliniciens dans le choix du meilleur traitement pour le cancer du sein. Ces biomarqueurs sont de diverses natures et plusieurs sont issus des caractéristiques de la tumeur. Mon projet de recherche visait à déterminer la valeur pronostique de marqueurs de méthylation de gènes candidats (PLAU (plasminogen activator, urokinase), RECK (reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs) et TIMP3 (TIMP metallopeptidase inhibitor 3)) principalement impliqués dans le processus d’angiogenèse. Approches méthodologiques et résultats: Nous avons étudié une population de 254 patientes diagnostiquées d’un cancer du sein entre 1983 et 1993, pour lesquelles les spécimens tumoraux ont été fixés au Bouin et congelés. Les informations clinicopathologiques sont disponibles pour ces patientes (âge, indice de masse corporelle, ER, PgR, taille de la tumeur, grade histologique, statut des métastases ganglionnaires, type histologique et densité des microvaisseaux). Préalablement à l’analyse des spécimens de la population à l’étude, nous avons développé une approche quantitative afin d’évaluer le statut de méthylation des gènes candidats. Une fois l’ADN isolé par microdissection à partir des spécimens tumoraux congelés, celui-ci a été traité avec une enzyme de restriction spécifique aux sites méthylés et soumis à des réactions spécifiques de polymérisation en chaîne (PCR). La spécificité, la linéarité et la reproductibilité de cette approche ont été clairement démontrées par comparaison avec des échantillons standardisés ainsi que sur des lignées cellulaires. En parallèle, une approche immunohistochimique automatisée a été développée pour évaluer l’expression de marqueurs tumoraux du sein. Nous avons démontré qu’il est possible d’obtenir des résultats semblables soit en faisant des marquages immunohistochimiques sur des coupes histologiques de tissus fixés au Bouin et enrobés dans la paraffine en utilisant une technique validée soit en faisant des immunohistochimies sur des coupes histologiques de spécimens fixés dans le formol tamponné neutre. Cette étape était nécessaire afin d’évaluer l’expression de gènes (ER, PgR, HER2, CK5/6, EGFR, P63, ECAD) reconnus pour la classification et la caractérisation des carcinomes mammaires. Enfin, l’étude du statut de méthylation de 3 gènes candidats a été effectuée sur les spécimens de la population à l’étude en utilisant les approches citées ci-haut. Une première observation révèle une association significative entre le statut de méthylation, du gène RECK et la survie spécifique au cancer du sein en analyse univariée (régression de Cox : rapport de risque (Hasard Ratio (HR) = 0.72; 95 % intervalle de confiance (IC), 0,53 to 0,98; P = 0,037) mais non significative en analyse multivariée (RR = 0,75; 95 % IC, 0,54 to 1,03; P = 0,075). Alors que l’atteinte ganglionnaire est un facteur de mauvais pronostic (RR = 6,07; 95 % IC, 4,30 to 8,55; P < 0,001), nous avons observé une interaction significative entre le statut des ganglions lymphatiques et celui du gène RECK (Pinteraction = 0,0011). En analyses multivariées, chez les patientes sans envahissement ganglionnaire, une association significative est observée entre la présence de méthylation du gène RECK et une augmentation de la survie (HR = 0,30; 95 % IC, 0,14 to 0,64; P = 0,002). Cependant, chez les patientes avec métastases ganglionnaires, la présence de méthylation du gène RECK est associée à une diminution de la survie (HR = 1,51; 95 % IC, 1,00 to 2,3; P = 0,05). Une association entre la présence de méthylation du gène TIMP3 et une meilleure survie a été observée mais celle-ci est non significative. Le marqueur de méthylation uPA testé dans notre étude n’est pas associé à la survie. Conclusion: Nous avons démontré que la méthylation du gène RECK dans le cancer du sein est associée à la survie. Nous avons également observé que cette association varie selon le statut de l’envahissement ganglionnaire. Cette étude mériterait d’être répliquée dans une population indépendante présentant les mêmes caractéristiques.
Purpose: Studies are now conducted to find new biomarkers to help clinicians diagnose and treat breast cancers. The purpose of my research project was to determine the prognostic value of DNA methylation markers of selected genes (PLAU (plasminogen activator, urokinase), RECK (reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs) and TIMP3 (TIMP metallopeptidase inhibitor 3)) which are mainly involved in the process of angiogenesis. Methods and results: We studied a population of 254 patients diagnosed with breast cancer between 1983 and 1993, for which a part of the tumor specimens was fixed in Bouin and embedded in paraffin and the other part was frozen. The clinicopathological characteristics were available for these patients (age, body mass index, ER, PgR tumor size, histological grade, lymph node metastasis status, histological type and microvessel density). Prior to the analysis of specimens from the study population, we developed a quantitative approach to assess the methylation status of candidate genes. Once the DNA is isolated by laser-capture microdissection from frozen tumor specimens, it was treated with a methylation sensitive restriction enzyme and subjected to specific polymerase chain reaction (PCR). Specificity, linearity and reproducibility of this approach have been clearly demonstrated by comparison with standard samples and cell lines. In addition, an automated immunohistochemical approach has been successfully evaluated showing that the expression of tumor markers on histological sections of tissues fixed in Bouin and embedded in paraffin, is similar to that of specimens fixed in neutral buffered formalin. This step was necessary to evaluate the expression of genes (ER, PgR, HER2, CK5/6, EGFR, P63, ECAD) recognized for the classification and characterization of breast carcinomas. Finally, the study of methylation status of three candidate genes was performed on specimens in the study population evaluated using the approaches above. A first observation showed a significant association between the methylation status of RECK gene and breast cancer-specific survival in univariate analysis (hazard ratio (HR) = 0.72, 95% confidence interval (CI), 0.53 to 0.98, P = 0.037) but not significant in multivariate analysis (HR = 1.01, 95% CI, 0.72 to 1.41, P = 0.96). While the lymph node is a bad prognostic factor (HR = 6.07, 95% CI, 4.30 to 8.55, P < 0.001), we observed a significant interaction between lymph node status and the RECK gene (Pinteraction = 0.0011). In multivariate analysis, among patients without nodal involvement, a significant association between the presence of methylation of RECK gene and an increase in survival was observed (HR = 0.30, 95% CI, 0.14 to 0.64, P = 0.002). For patients with lymph nodes metastasis, an association between the presence of methylation of RECK gene and a decrease in survival was observed (HR = 1.51, 95% CI, 1.00 to 2.3, P = 0.05). An association between the presence of methylation of TIMP3 gene and a better survival was observed but was not significant. The uPA methylation markers tested in our study are not associated with survival. Conclusion: We observed that the methylation status of RECK gene is associated with survival of patients with breast cancer. We also observed that this association varies with lymph node metastasis status. This study needs to be replicated in an independent population with similar characteristics.
Purpose: Studies are now conducted to find new biomarkers to help clinicians diagnose and treat breast cancers. The purpose of my research project was to determine the prognostic value of DNA methylation markers of selected genes (PLAU (plasminogen activator, urokinase), RECK (reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs) and TIMP3 (TIMP metallopeptidase inhibitor 3)) which are mainly involved in the process of angiogenesis. Methods and results: We studied a population of 254 patients diagnosed with breast cancer between 1983 and 1993, for which a part of the tumor specimens was fixed in Bouin and embedded in paraffin and the other part was frozen. The clinicopathological characteristics were available for these patients (age, body mass index, ER, PgR tumor size, histological grade, lymph node metastasis status, histological type and microvessel density). Prior to the analysis of specimens from the study population, we developed a quantitative approach to assess the methylation status of candidate genes. Once the DNA is isolated by laser-capture microdissection from frozen tumor specimens, it was treated with a methylation sensitive restriction enzyme and subjected to specific polymerase chain reaction (PCR). Specificity, linearity and reproducibility of this approach have been clearly demonstrated by comparison with standard samples and cell lines. In addition, an automated immunohistochemical approach has been successfully evaluated showing that the expression of tumor markers on histological sections of tissues fixed in Bouin and embedded in paraffin, is similar to that of specimens fixed in neutral buffered formalin. This step was necessary to evaluate the expression of genes (ER, PgR, HER2, CK5/6, EGFR, P63, ECAD) recognized for the classification and characterization of breast carcinomas. Finally, the study of methylation status of three candidate genes was performed on specimens in the study population evaluated using the approaches above. A first observation showed a significant association between the methylation status of RECK gene and breast cancer-specific survival in univariate analysis (hazard ratio (HR) = 0.72, 95% confidence interval (CI), 0.53 to 0.98, P = 0.037) but not significant in multivariate analysis (HR = 1.01, 95% CI, 0.72 to 1.41, P = 0.96). While the lymph node is a bad prognostic factor (HR = 6.07, 95% CI, 4.30 to 8.55, P < 0.001), we observed a significant interaction between lymph node status and the RECK gene (Pinteraction = 0.0011). In multivariate analysis, among patients without nodal involvement, a significant association between the presence of methylation of RECK gene and an increase in survival was observed (HR = 0.30, 95% CI, 0.14 to 0.64, P = 0.002). For patients with lymph nodes metastasis, an association between the presence of methylation of RECK gene and a decrease in survival was observed (HR = 1.51, 95% CI, 1.00 to 2.3, P = 0.05). An association between the presence of methylation of TIMP3 gene and a better survival was observed but was not significant. The uPA methylation markers tested in our study are not associated with survival. Conclusion: We observed that the methylation status of RECK gene is associated with survival of patients with breast cancer. We also observed that this association varies with lymph node metastasis status. This study needs to be replicated in an independent population with similar characteristics.

Problématique : De nombreuses recherches sont actuellement menées afin de découvrir des biomarqueurs pour aider les pathologistes à poser des diagnostics et pour éclairer les cliniciens dans le choix du meilleur traitement pour le cancer du sein. Ces biomarqueurs sont de diverses natures et plusieurs sont issus des caractéristiques de la tumeur. Mon projet de recherche visait à déterminer la valeur pronostique de marqueurs de méthylation de gènes candidats (PLAU (plasminogen activator, urokinase), RECK (reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs) et TIMP3 (TIMP metallopeptidase inhibitor 3)) principalement impliqués dans le processus d’angiogenèse. Approches méthodologiques et résultats: Nous avons étudié une population de 254 patientes diagnostiquées d’un cancer du sein entre 1983 et 1993, pour lesquelles les spécimens tumoraux ont été fixés au Bouin et congelés. Les informations clinicopathologiques sont disponibles pour ces patientes (âge, indice de masse corporelle, ER, PgR, taille de la tumeur, grade histologique, statut des métastases ganglionnaires, type histologique et densité des microvaisseaux). Préalablement à l’analyse des spécimens de la population à l’étude, nous avons développé une approche quantitative afin d’évaluer le statut de méthylation des gènes candidats. Une fois l’ADN isolé par microdissection à partir des spécimens tumoraux congelés, celui-ci a été traité avec une enzyme de restriction spécifique aux sites méthylés et soumis à des réactions spécifiques de polymérisation en chaîne (PCR). La spécificité, la linéarité et la reproductibilité de cette approche ont été clairement démontrées par comparaison avec des échantillons standardisés ainsi que sur des lignées cellulaires. En parallèle, une approche immunohistochimique automatisée a été développée pour évaluer l’expression de marqueurs tumoraux du sein. Nous avons démontré qu’il est possible d’obtenir des résultats semblables soit en faisant des marquages immunohistochimiques sur des coupes histologiques de tissus fixés au Bouin et enrobés dans la paraffine en utilisant une technique validée soit en faisant des immunohistochimies sur des coupes histologiques de spécimens fixés dans le formol tamponné neutre. Cette étape était nécessaire afin d’évaluer l’expression de gènes (ER, PgR, HER2, CK5/6, EGFR, P63, ECAD) reconnus pour la classification et la caractérisation des carcinomes mammaires. Enfin, l’étude du statut de méthylation de 3 gènes candidats a été effectuée sur les spécimens de la population à l’étude en utilisant les approches citées ci-haut. Une première observation révèle une association significative entre le statut de méthylation, du gène RECK et la survie spécifique au cancer du sein en analyse univariée (régression de Cox : rapport de risque (Hasard Ratio (HR) = 0.72; 95 % intervalle de confiance (IC), 0,53 to 0,98; P = 0,037) mais non significative en analyse multivariée (RR = 0,75; 95 % IC, 0,54 to 1,03; P = 0,075). Alors que l’atteinte ganglionnaire est un facteur de mauvais pronostic (RR = 6,07; 95 % IC, 4,30 to 8,55; P < 0,001), nous avons observé une interaction significative entre le statut des ganglions lymphatiques et celui du gène RECK (Pinteraction = 0,0011). En analyses multivariées, chez les patientes sans envahissement ganglionnaire, une association significative est observée entre la présence de méthylation du gène RECK et une augmentation de la survie (HR = 0,30; 95 % IC, 0,14 to 0,64; P = 0,002). Cependant, chez les patientes avec métastases ganglionnaires, la présence de méthylation du gène RECK est associée à une diminution de la survie (HR = 1,51; 95 % IC, 1,00 to 2,3; P = 0,05). Une association entre la présence de méthylation du gène TIMP3 et une meilleure survie a été observée mais celle-ci est non significative. Le marqueur de méthylation uPA testé dans notre étude n’est pas associé à la survie. Conclusion: Nous avons démontré que la méthylation du gène RECK dans le cancer du sein est associée à la survie. Nous avons également observé que cette association varie selon le statut de l’envahissement ganglionnaire. Cette étude mériterait d’être répliquée dans une population indépendante présentant les mêmes caractéristiques.
Purpose: Studies are now conducted to find new biomarkers to help clinicians diagnose and treat breast cancers. The purpose of my research project was to determine the prognostic value of DNA methylation markers of selected genes (PLAU (plasminogen activator, urokinase), RECK (reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs) and TIMP3 (TIMP metallopeptidase inhibitor 3)) which are mainly involved in the process of angiogenesis. Methods and results: We studied a population of 254 patients diagnosed with breast cancer between 1983 and 1993, for which a part of the tumor specimens was fixed in Bouin and embedded in paraffin and the other part was frozen. The clinicopathological characteristics were available for these patients (age, body mass index, ER, PgR tumor size, histological grade, lymph node metastasis status, histological type and microvessel density). Prior to the analysis of specimens from the study population, we developed a quantitative approach to assess the methylation status of candidate genes. Once the DNA is isolated by laser-capture microdissection from frozen tumor specimens, it was treated with a methylation sensitive restriction enzyme and subjected to specific polymerase chain reaction (PCR). Specificity, linearity and reproducibility of this approach have been clearly demonstrated by comparison with standard samples and cell lines. In addition, an automated immunohistochemical approach has been successfully evaluated showing that the expression of tumor markers on histological sections of tissues fixed in Bouin and embedded in paraffin, is similar to that of specimens fixed in neutral buffered formalin. This step was necessary to evaluate the expression of genes (ER, PgR, HER2, CK5/6, EGFR, P63, ECAD) recognized for the classification and characterization of breast carcinomas. Finally, the study of methylation status of three candidate genes was performed on specimens in the study population evaluated using the approaches above. A first observation showed a significant association between the methylation status of RECK gene and breast cancer-specific survival in univariate analysis (hazard ratio (HR) = 0.72, 95% confidence interval (CI), 0.53 to 0.98, P = 0.037) but not significant in multivariate analysis (HR = 1.01, 95% CI, 0.72 to 1.41, P = 0.96). While the lymph node is a bad prognostic factor (HR = 6.07, 95% CI, 4.30 to 8.55, P <0.001), we observed a significant interaction between lymph node status and the RECK gene (Pinteraction = 0.0011). In multivariate analysis, among patients without nodal involvement, a significant association between the presence of methylation of RECK gene and an increase in survival was observed (HR = 0.30, 95% CI, 0.14 to 0.64, P = 0.002). For patients with lymph nodes metastasis, an association between the presence of methylation of RECK gene and a decrease in survival was observed (HR = 1.51, 95% CI, 1.00 to 2.3, P = 0.05). An association between the presence of methylation of TIMP3 gene and a better survival was observed but was not significant. The uPA methylation markers tested in our study are not associated with survival. Conclusion: We observed that the methylation status of RECK gene is associated with survival of patients with breast cancer. We also observed that this association varies with lymph node metastasis status. This study needs to be replicated in an independent population with similar characteristics.

Les protéines à bromodomaines (BCPs) sont notamment impliquées dans la régulation de la transcription de gènes et la signalisation cellulaire. Leur dérégulation conduit au développement pathologies, telles que les maladies inflammatoires, cardiovasculaires et plus particulièrement les cancers. Les BCPs sont capables de reconnaitre les lysines acétylées de protéines histones via leur module BromoDomaine(s) (BDs). Parmi les huit familles de BCPs, mon projet de thèse s’intéresse à la famille « BET ». Celle-ci, comprend quatre protéines constituées de deux BDs en tandem, formant deux sous-familles BD1 et BD2. L’architecture de la cavité centrale des BDs, qualifiée de « druggable », a permis l’émergence de ces protéines en tant que nouvelles cibles épigénétiques prometteuses. À ce jour, une vingtaine d’essais cliniques ont été initiés pour des molécules « pan-BET », inhibant l’ensemble des membres de cette famille. Cependant, l'inhibition « pan-BET » est problématique au niveau clinique puisqu’elle impacte de nombreuses voies de transcription et engendre l’apparition de cellules résistantes. Mon projet de thèse s’intègre au challenge actuel qui est de développer des inhibiteurs plus sélectifs, par exemple envers l’une des sous-familles BD1 ou BD2 ou plus idéalement envers un seul BD de la famille BET. Le développement de « sondes épigénétiques sélectives » ciblant des BDs de la famille BET, devrait permettre de décrypter leur rôle et leur mécanisme d’action dans les divers processus biologiques. L’identification de « candidat médicament » devrait aboutir à de nouvelles thérapies ciblées et de pallier les résistances liées à l’utilisation de molécules pan-BET inhibitrices
Bromodomain-containing proteins (BCPs) are especially involved in the regulation of gene transcription and cell signalling. Their dysregulation lead to the development of pathologies, such as inflammatory, cardiovascular diseases, and more particularly cancers. BCPs involved in the recognition of acetylated lysine of the histone tails, through their BromoDomain(s) module(s) (BDs). Among the eight families of BCPs, my thesis project focuses on the “BET” family. This family comprises four proteins which are composed of a tandem of two BDs each belonging to the BD1 or the BD2 subfamily. The architecture of the central cavity of the BDs, qualified as "druggable", allows the emergence of these proteins as new promising epigenetic targets. To date, about twenty clinical trials targeting different types of cancer have been initiated for "pan-BET" molecules that target all the members of this family. However, "pan-BET" inhibition is clinically problematic because it impacts many transcriptional pathways and causes the appearance of resistant cells. My thesis project is part of the current challenge is to develop more selective inhibitors, for example towards the BET-BD1 subfamily or the BET-BD2 subfamily or ideally towards one single BD inside the BET family. The development of such "selective epigenetic probes" targeting BET family BDs should allow deciphering their role and mechanism of action in various biological processes. Identifying "drug candidates" should lead to new targeted therapies and overcome the resistances related to the use of pan-BET molecules

Dans certains cancers, le ligand nétrine-1 (NTN1) est surexprimé, induisant alors une inhibition de l'apoptose induite par ses récepteurs à dépendance DCC et UNC5H, et promouvant ainsi la progression tumorale. Néanmoins, dans d'autres cancers, l'inhibition sélective de l'apoptose induite par cette voie de signalisation est liée à la perte d'expression de protéines pro apoptotiques effectrices. Dans cette étude, nous avons montré chez l'homme qu'une forte proportion de cancers mammaires et pulmonaires subit des pertes d'expression de DAPK1 et NTN1 liées à l'hyperméthylation de leur promoteur. DAPK1 est une protéine kinase notamment responsable de la transmission du signal proapoptotique des récepteurs à dépendance en absence de leur ligand nétrine-1. L'inhibition de la méthylation de l'ADN à l'aide d'épidrogues telles que la décitabine dans les cancers exprimant faiblement NTN1 restaure l'expression à la fois de DAPK1 et NTN1. Ainsi, la combinaison de traitements décitabine avec des stratégies induisant le silence transcriptionnel de NTN1, ou des anticorps bloquant l'interaction entre le ligand (NTN1) et son récepteur (UNC5B dans le cas présent), induit la potentialisation de la mort cellulaire des tumeurs, et bloque efficacement la croissance tumorale dans différents modèles animaux. Ainsi, combiner l'utilisation d'inhibiteurs de la méthylation de l'ADN avec des agents neutralisant la nétrine-1 pourrait représenter une stratégie pertinente pour combattre ces cancers
In a substantial part of human cancers, netrin-1 (NTN1) is up-regulated and this upregulation is inhibiting apoptosis induced by its so-called dependence receptors DCC and UNC5H and thus promotes tumor progression. However, in other cancers, the selective inhibition of this dependence receptor death pathway relies on the silencing of pro-apoptotic effector proteins. We show here that a large fraction of human breast and lung tumors exhibits simultaneous DNA methylation-dependent loss of expression of NTN1 and of DAPK1, a serine threonine kinase known to transduce the netrin-1 dependence receptor pro-apoptotic pathway. The inhibition of DNA methylation by drugs such as decitabine in netrin- 1-low cancer cells restores the expression of both NTN1 and DAPK1. Consequently, the combination of decitabine with NTN1 silencing strategies or with an anti-netrin-1 neutralizing antibody potentiates tumor cell death and efficiently blocks tumor growth in different animal models. Thus, combining DNA methylation inhibitors with netrin-1 neutralizing agents may be a valuable strategy for combating cancer

La transition épithélio-Mésenchymateuse (TEM) est un processus de plasticité cellulaire qui existe dans le développement embryonnaire et qui permet la formation des tissus et organes. Dans la cancérogénèse, ce processus est réactivé par des facteurs de transcription dont l’action implique très probablement un remodelage de la chromatine. La cartographie exacte de ces changements épigénétiques est peu connue à l’échelle du génome entier, même si il y a eu quelques études antérieures explorant les changements de quelques loci de façon bien ciblée. Ce mémoire traite du remodelage épigénétique médié par le facteur de transcription Twist1 dans un modèle de lignée mammaire immortalisée. L’architecture de ce remodelage a été cartographiée grâce à l’utilisation des techniques de haut-Débit pour analyser la méthylation de l’ADN (DREAM) et les modifications des histones (ChIPseq). Nos résultats montrent un changement majeur du méthylome pendant la TEM avec une hyperméthylation focale et une hypométhylation globale des corps des gènes prédominant au niveau des « domaines partiellement méthylés »; ces domaines sont déjà connus dans le développement pour gagner de façon concomitante à leur hypométhylation des marques d’histone répressives. Nous avons aussi observé un remodelage des domaines de l’histone répressive H3K27me3 avec une réduction de leur taille, et surtout le quasi doublement du nombre de gènes bivalents qui accompagne la transition. Le couplage de la méthylation de l’ADN avec le profil des microRNA nous a permis d’identifier le miR-203 comme l’unique microRNA régulé par méthylation de l’ADN durant la TEM; nous avons aussi montré que l’extinction épigénétique du miR-203 est requise pour la TEM et l’acquistion des propriétés de cellules souches. Enfin, nous avons réalisé une caractérisation génétique et/ou épigénétique de deux cancers rares, les carcinomes fibrolamellaires du foie et les carcinomes du rein à translocation. Pour les carcinomes fibrolamellaires du foie, nous avons décrit la nature endocrine de cette tumeur et établi une signature épigénétique basée sur la méthylation de l’ADN pouvant servir à différencier les formes histologiques appelées « pures » des formes « mixtes ». Pour les cancers du rein à translocation, nous avons montré les bases génétiques et épigénétiques de la différence entre les formes pédiatriques et adultes, avec la découverte fréquente du gain du bras chromosomique 17q dans les formes adultes. Nous avons aussi identifié une mutation récurrente dans le gène qui remodèle la chromatine INO80D appartenant à la famille INO80. En conclusion, ce travail explore le rôle de l’étude de l’épigénome pour comprendre la reprogrammation pendant les processus physiologiques comme la TEM d’une part et le cancer d’autre part
The epithelial-Mesenchymal transition (EMT) is a process of cellular plasticity that exists in embryonic development and which allows the formation of tissues and organs. In carcinogenesis, the process is reactivated by transcription factors whose action probably involves chromatin remodeling. The exact mapping of these epigenetic changes is poorly understood genome-Wide, although there have been some previous studies exploring changes in so few well-Targeted loci. This thesis deals with the epigenetic remodeling mediated by the transcription factor Twist1 in a model of human mammary immortalized cell line. The architecture of this remodeling has been mapped through the use of high-Throughput techniques to analyze DNA methylation (DREAM) and histone modifications (ChIPseq). Our results suggest a major change in the EMT methylome with focal hypermethylation and gene body hypomethylation predominantly within "partially methylated domains"; these areas are already known in development to gain repressive histone marks concomitantly with DNA hypomethylation. We also observed landscape remodeling of repressive histone mark H3K27me3 with a reduction in domains size, and especially the almost doubling of the number of bivalent genes. The coupling of DNA methylation with the profile of microRNA has allowed us to identify miR-203 as single microRNA regulated by DNA methylation during EMT; we have also shown that epigenetic suppression of miR-203 is both required for EMT and acquisition of stem cell properties. Finally, we performed a genetic and/or epigenetic characterization of two rare cancers, named fibrolamellar hepatocellular carcinomas and translocation renal cell carcinomas. In fibrolamellar hepatocellular carcinoma, we described the endocrine nature of this tumor and established a signature based on DNA methylation which can be used to distinguish histological forms called "pure" from "mixed" fibrolamellar hepatocellular carcinomas. Regarding translocation renal cell carcinomas, we established the genetic and epigenetic basis of differences between pediatric and adult forms, characterized by frequent gain of 17q gain chromosomal arm in adults. We also identified recurrent mutations in the chromatin remodeling gene INO80D which belongs to INO80 family. In conclusion, this work explores the impact of analyzing the epigenome to understand reprogramming during physiological processes such as EMT and cancer

La réplication de l'ADN est un processus finement orchestré dans les cellules eucaryotes grâce à la régulation temporelle de l'activation des origines de réplication, phénomène mieux connu sous le nom de timing de réplication. Le timing de réplication d'un domaine génomique est très robuste et dépend de l'identité cellulaire. Lors d'un faible stress réplicatif, la fourche de réplication est ralentie et certaines régions fragiles du génome voient leur timing de réplication retardé voire ne sont pas du tout dupliquées. Ainsi, le ralentissement du processus de réplication peut avoir pour conséquence des cassures de l'ADN et à fortiori de l'instabilité génomique, un marqueur bien connu des cancers. Hormis ces régions fragiles déjà identifiées, l'impact direct d'un faible stress sur le "timing" de réplication de l'ensemble du génome n'a pas encore été étudié. L'objectif de ma thèse était donc d'analyser et de comparer le timing de réplication de 6 lignées cellulaire de différents tissus humain (sain ou tumoral) en réponse à un faible stress réplicatif. J'ai ainsi pu observer une réponse hétérogène entre les différentes lignées et un timing de réplication plus impacté dans certaines lignées cancéreuses en réponse au stress. En particulier, certaines lignées cancéreuses présentent de très fortes avancées de timing dans certaines régions précises du génome en réponse au stress réplicatif. De surcroit, nous avons observé que ces avancées de timing qui sont retrouvées dans la génération cellulaire suivante. Ainsi, lors de ma thèse, j'ai mis en évidence un nouveau mécanisme mis en place surtout par les cellules cancéreuses en réponse au stress réplicatif qui apporte une preuve supplémentaire de la plasticité du génome de ces cellules, leur permettant de répondre et de s'adapter rapidement à des conditions de stress et, éventuellement, de mieux résister aux agents génotoxiques
DNA replication is very well orchestrated in mammalian cells thanks to a tight regulation of the temporal order of replication origin activation, commonly called replication timing (RT). The replication timing of a given replication domain (RD) is very robust and depends on the cell type. Upon low replication stress, replication forks progress slower and it has been shown that some fragile regions are replicated later or even under-replicated. These replication delay leads to DNA damage and genetic instability, a common marker of cancers. Except for these fragile regions, the direct impact of low replication stress on the RT of the whole genome has not been explored yet. The aim of my thesis was to analyse and compare the replication timing of 6 human cell lines from different tissues (healthy or from tumours) in response to mild replication stress. Assessing this question, I have first observed heterogeneous response in between cell lines, some cancer cells were much more impacted by low replication stress. Strikingly, in some cancer cells, specific RD are undergoing a switch from late to early replication in response to replication stress. Very interestingly, this RT alteration was still detected in daughter cells. These findings disclosed a new mechanism mainly used by cancer cells in response to replication stress that brings another proof of their genome plasticity, allowing a quick response and adaptation to stress that, eventually, gives better resistance to genotoxic agents

Le cancer de la prostate est le plus fréquent et représente la troisième cause de mortalité par cancer chez l’homme en France. Outre la théorie de la génétique dans le développement des cancers, l’implication des modifications épigénétiques au cours de la carcinogenèse prostatique ne fait plus aucun doute. L’épigénétique est définie comme l’étude des modifications de l’expression des gènes qui sont transmissibles lors de la mitose et/ou la méiose, mais ne découlent pas de modifications dans la séquence de l’ADN (Berger et al., 2009). Autrement dit, les altérations épigénétiques sont capables de moduler le niveau d’expression des gènes en agissant sur la chromatine. Depuis quelques années, l’attention des chercheurs porte de plus en plus sur l’implication des modifications épigénétiques dans la carcinogenèse prostatique. Une activité anormale d’un ou de plusieurs acteurs épigénétiques entraîne des modifications de profil d’expression des gènes pouvant être associées à la carcinogenèse. Dans le cancer de la prostate, on retrouve ainsi une forte activité des ADN méthyltransférases (DNMT1) et une dérégulation des modificateurs d’histones, notamment de l’histone méthyle transférase EZH2, associée à la répression de la transcription de certains gènes (Gillio-Tos et al., 2012; Gravina et al., 2013; Koh et al., 2011; Yu et al., 2007). En plus de ces facteurs épigénétiques, des facteurs environnementaux et plus particulièrement la nutrition intervient dans les processus de carcinogenèse. La thématique du laboratoire a été longtemps axée sur la nutrition et le développement des cancers. En effet, des études sur les effets préventifs des phyto-oestrogènes du soja dans la carcinogenèse prostatique ont largement été abordées (Adjakly et al., 2011). Les phyto-oestrogènes du soja ont montré leur effet déméthylant sur les promoteurs des gènes suppresseurs de tumeurs. L’hypothèse de ces travaux a été établie du fait de la faible incidence du cancer de la prostate retrouvée dans les pays asiatiques où une forte consommation de soja a été remarquée. Les micronutriments contenus dans le soja auraient ainsi la capacité de moduler les modifications épigénétiques dans le cancer de la prostate (Vardi et al., 2010). Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur les modifications des histones notamment la méthylation des histones qui reste peu étudiée dans le cancer de la prostate. Premièrement, nous avons étudié le rôle de la triméthylation de la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27me3) dans l’implication et la progression du cancer de la prostate. La deuxième partie a consisté en l’identification de nouveaux marqueurs pronostiques et épigénétiques liés à la méthylation des histones afin d’établir un profil épigénétiques des tumeurs prostatiques. Nous avons également évoqué l’effet des phyto-oestrogènes du soja sur la modulation des modifications épigénétiques dans le cancer de la prostate et leurs rôles protecteurs dans le développement tumoral
Prostate cancer is the most common and represents the third leading cause of cancer death in men in France. In addition to the theory of genetics in the development of cancers, the involvement of epigenetic changes during prostate carcinogenesis is no longer in doubt. Epigenetics is defined as the study of changes in the expression of genes that are transmissible during mitosis and / or meiosis, but do not result from modifications in the DNA sequence. In other words, epigenetic alterations are able to modulate the level of gene expression by acting on chromatin. In recent years, the attention of researchers has increasingly focused on the involvement of epigenetic modifications in prostatic carcinogenesis. Abnormal activity of one or more epigenetic actors leads to changes in gene expression patterns that may be associated with carcinogenesis. In prostate cancer, there is thus a strong activity of DNA methyltransferases (DNMT1) and a deregulation of histone modifiers, especially histone methyl transferase EZH2, associated with the repression of the transcription of certain genes (Gillio- Tos et al., 2012, Gravina et al., 2013, Koh et al., 2011, Yu et al., 2007). In addition to these epigenetic factors, environmental factors and more particularly nutrition is involved in the processes of carcinogenesis. The work of the laboratory has long focused on nutrition and cancer development. Indeed, studies on the preventive effects of soy phytoestrogens in prostate carcinogenesis have been widely discussed (Adjakly et al., 2011). The soy phytoestrogens showed their demethylating effect on the promoters of tumor suppressor genes. The hypothesis of this work was established because of the low incidence of prostate cancer found in Asian countries where high consumption of soybeans was noticed. The micronutrients contained in soy thus have the ability to modulate epigenetic modifications in prostate cancer (Vardi et al., 2010). In this thesis, we focused on histone modifications including histone methylation, which remains poorly studied in prostate cancer. First, we investigated the role of trimethylation of histone H3 lysine 27 (H3K27me3) in the involvement and progression of prostate cancer. The second part consisted of the identification of new prognostic and epigenetic markers related to histone methylation in order to establish an epigenetic profile of prostate tumors. We also discussed the effect of soy phytoestrogens on the modulation of epigenetic changes in prostate cancer and their protective roles in tumor development

L'expression de trois oncogènes (c-erbB-2, ras, pS2) et d'un gène suppresseur de tumeur p53 a donné lieu à une étude de cas clinique et une étude expérimentale ayant utilisé les souris transgéniques v-Ha-ras. Une quantification du nombre de copies de l'oncogène c-erbB-2 a été obtenue par amplification génique associée à un marquage froid des amplimères à partir de 29 carcinomes infiltrants. Il semble exister une relation entre le nombre de copies du c-erbB-2 et le grade de la tumeur. Dans les mêmes lésions, l'immunohistochimie a montré que c-Ha-ras et p53 sont exprimés surtout dans les lésions de haut grade. En revanche, pS2 est exprimé surtout dans les lésions de faible grade, confirmant ainsi le pronostic favorable qui lui est associé. L'étude des oncogènes et des protéines correspondantes peut apporter des éléments pronostiques dans les cancers mammaires de la femme. Des souris transgéniques v-Ha-ras ont été utilisées pour mettre en évidence le potentiel cancérogène de produits chimiques. Des méthodes de marquage de sondes et de révélation non-radioactifs (colorimétrie et chimioluminescence) ont permis d'établir que ces souris portent le transgène ras et l'expriment dans les organes hématopoïétiques (rate et thymus) ainsi que dans le rein et le foie. Le transgène est présent à raison de 2 ou 3 copies par équivalent-génome. Nous avons montré ensuite que le 2-butoxyéthanol administré par mini-pompe osmotique pendant 15 jours (dose totale 10 mmol/kg), était dénué d'effets génotoxique et épigénétique mesures par (i) la méthylation de l’ADN total, (ii) la méthylation du transgène v-Ha-ras et (iii) l'absence de formation d'adduits hydrophobes et hydrophiles sur l’ADN. De plus, le 2-butoxyéthanol n'a pas induit la formation de tumeurs chez ces souris. Ce modèle d'animaux transgéniques pourrait être utilisé comme test de criblage de substances potentiellement cancérogènes
We have investigated the expression of three oncogenes (c-erbB-2, ras, pS2) and one supressor tumor gene (p53) in first, a clinical study, second, in an experimental one using the v-Ha-ras transgenic mice. Quantification of copy number of c-erbB-2 oncogene has been obtained by gene amplification using non-radioactive amplimer labelling on 29 mammary ductal infiltrating carcinomas. There was an apparent correlation between gene copy number and tumor grade. Immunohistochemistry on the same lesions have shown c-Ha-ras and p53 expression in high grade lesions. PS2 expression was associated to low grade lesions, which confirms the good prognosis associated to this protein. Detection of oncogenes and encoded proteins may be of value for establishing a prognosis of mammary carcinomas. The v-Ha-ras transgenic mice have been used to evidence the carcinogenic potential of chemicals. Using non-radioactive labelling and detection methods (colorigenic and chemiluminescent), we have verified that these mice carried the ras transgene and expressed it in the hematopoietic organs (spleen and thymus) as well as in the kidney and the liver. We have found 2 or 3 copies of the transgene per genome-equivalent. 10 mmol/kg of 2-butoxyethanol administred over 2 weeks using osmotic minipumps have shown that this compound is devoided of epigenetic and genetoxic effects as measured by (i) methylation of total and v-Ha-ras gene DNA, (ii) absence of hydrophobic and hydrophilic DNA adducts. 2-butoxyethanol did not induced tumor formation in the transgenic mice. This animal model could be used as a screening test for possible carcinogenic chemicals

Le cancer de la prostate est une pathologie impliquant des facteurs divers comme l'hérédité, l'appartenance ethnique mais aussi des facteurs environnementaux. En effet, il a été démontré que certains micronutriments dont les phyto-oestrogènes contenus dans l'alimentation pouvaient avoir un rôle protecteur vis-à-vis de cette pathologie. Ces molécules seraient capables de moduler les mécanismes épigénétiques observés dans le cancer de la prostate. L'objectif de ce travail a été de déterminer si les phyto-oestrogènes du soja pouvaient induire la réversion de la méthylation d'oncosuppresseurs impliqués dans la cancérogenèse prostatique et par quelles voies moléculaires. Nos études, in vitro, réalisées sur des lignées continues de cancer de la prostate (DU-145, PC-3 et LNCaP) ont montré dans un premier temps, une diminution de la méthylation des gènes GSTP1, RASSF1A, EPHB2 et BRCA1 et une augmentation des protéines correspondantes, suite au traitement par la génistéine (40μM) et la daidzéine (110μM) pendant 48H. Dans un deuxième temps, une étude comparative entre l'effet des phyto-oestrogènes et l'oestradiol sur la méthylation de l'ADN d'un panel de 24 gènes a permis de mettre en évidence une régulation des mécanismes épigénétiques par les phyto-oestrogènes via la voie des Récepteurs aux oestrogènes. En conclusion, les phyto-oestrogènes agissent sur les mécanismes épigénétiques dans la cancérogenèse prostatique laissant supposer que ces molécules pourraient jouer un rôle préventif dans cette pathologie
Prostate cancer is a disease caused by a multiple interacting factors such as family history of prostate cancer, age and ethnic origin. Environnemental factors play also a role in prostatic carcinogenesis events. Indeed, several studies have reported the efficiency of nutrients such as phytoestrogens to possess anticancer properties. It has been reported that these compounds may have the ability to induce the reversion of epigenetic modifications observed in prostate cancer cells. The aim of this work was to determine if soy isoflavone could reverse the DNA methylation of oncosuppressor which are hypermethylated in prostate cancer and through which metabolic pathways. Our in vitro studies were carried out on tree prostate cancer cell lines: DU-145, PC-3 and LNCaP. The qualitative and quantitative studies performed demonstrated a decrease of methylation percentage of GSTP1, RASSF1A, EPHB2 and BRCA1 after soy isoflavone treatment. In a second step, a comparative study between the effect of phytoestrogens and estradiol on the DNA methylation of a panel of 24 genes was performed. Our results has highlighted that the regulation of epigenetic mechanisms by phytoestrogens may be mediated via the estrogen receptor pathway. In conclusion, phytoestrogen act on epigenetics mechanisms on prostate carcinogenesis suggesting that these molecules may play a role in the prevention of this pathology

Le complexe de remodelage de la chromatine NuRD, composé des sous-unités catalytiques CHD3 et CHD4, est un régulateur épigénétique de l’expression génique. Nos résultats montrent que NuRD s’associe avec les facteurs de transcription essentiels du mélanome que sont MITF et SOX10. Cependant, malgré une association physique et une co-localisation génomique, CHD4/NuRD ne semble pas agir comme un cofacteur important pour MITF ou SOX10. Néanmoins, la répression de CHD4 conduit à un ralentissement de la prolifération et déréprime l’expression des enzymes PADI1 et PADI3 dans les cellules de mélanome ainsi que dans de nombreux types de cellules cancéreuses. Ainsi, l’induction de ces enzymes, responsables de la conversion des arginines en citrullines, entraîne la citrullination spécifique de PKM2, une enzyme glycolytique essentielle, diminuant ainsi sa sensibilité aux inhibiteurs allostériques, et donc altérant l’équilibre physiologique entre activateurs et inhibiteurs de l’enzyme. L’ensemble de ce travail de thèse a permis de mettre en évidence une nouvelle voie reliant, d’une part la régulation épigénétique de l’expression de PADI1 et PADI3 par CHD4/NuRD ainsi que la reprogrammation de la régulation allostérique de PKM2 via la citrullination d’arginines, au flux glycolytique et au contrôle de la prolifération des cellules cancéreuses d’autre part
The Nucleosome Remodelling and Deacetylation (NuRD) complex is an epigenetic regulator of gene expression that includes two mutually exclusive ATPase subunits CHD3 and CHD4. Our results show that NuRD associates with essential melanoma cell transcription factors namely MITF and SOX10. However, despite their physical association and genomic co-localization, CHD4-NuRD does not appear to act as a cofactor for MITF or SOX10 regulated gene expression. Nevertheless, CHD4 silencing leads to a slow growth phenotype and de-represses the expression of PADI1 (Protein Arginine DeIminase 1) and PADI3, two enzymes involved in converting arginines to citrullines in melanoma and multiple types of cancer cells. Increased expression of PADI1 and PADI3 enhances citrullination of arginines within the key glycolytic regulatory enzyme PKM2 then promoting excessive glycolysis, lowering ATP levels and slowing down proliferation. PKM2 citrullination lowers its sensitivity to allosteric inhibitors thus shifting equilibrium towards allosteric activators thereby bypassing the normal physiological regulation of glycolysis. Overall, our results lead to describe a novel pathway linking, epigenetic regulation of PADI1 and PADI3 expression by CHD4/NuRD and reprogramming of PKM2 allosteric regulation through arginines citrullination, to glycolytic flux and cancer cell proliferation

L’épigénétique caractérise l’ensemble des mécanismes permettant de réguler l’expression des gènes, indépendamment de toute mutation de leur séquence ADN. Les processus qui l’orchestrent sont nombreux et mettent en jeu divers facteurs aux fonctions et propriétés bien particulières, tels que les protéines à BET Bromodomaines ou les microARNs (miARNs). A l’heure actuelle, le rôle de ces composants n’est pas encore complètement élucidé et demeure toujours un des enjeux majeurs de la Recherche en Cancérologie, de tels régulateurs pouvant être employés comme biomarqueurs ou comme nouvelles cibles thérapeutiques innovantes. Ceci est particulièrement vrai dans le cadre des Sarcomes Osseux, dans lesquels peu d’alternatives cliniques sont disponibles du fait de l’agressivité et de la rareté de ces pathologies. Dans une première partie, cette thèse traite ainsi de l’implication des protéines à BET Bromodomaines, une sous-famille de protéines épigénétiques, dans le développement tumoral du Sarcome d’Ewing. La seconde partie de ce travail de thèse s’attache, quant à elle, à mieux définir comment les miARNs peuvent être impliqués dans l’échappement tumoral des Sarcomes Osseux et plus particulièrement dans les phénomènes de dissémination métastatique et de chimiorésistance. La troisième partie de ce travail relie finalement les deux grandes parties précédentes, en s’inscrivant dans une démarche d’ouverture et de perspectives sur la relation entre les miARNs et la chimiorésistance aux inhibiteurs de BET Bromodomaines
Epigenetic is a very recently defined notion, characterizing all the mechanisms which contribute to the gene-expression’s regulation, independently of the cell’s DNA sequence. Several processes implicating plethora of factors such as the BET Bromodomains Proteins or the small non-coding microRNAs (miRNAs) orchestrate the epigenetic regulations. Nowadays, the precise role of these factors is not fully understood and a better delineation of their functions remains a main issue in the Cancerology field. Such regulators could indeed be used as biomarkers or as new original therapeutic targets, especially in the rare and aggressive Bone Sarcomas, in which few therapeutic options are available. In a first part, this thesis will focus on the epigenetic-related family of proteins, the BET Bromodomains Proteins’ implication in the tumorigenicity of the Ewing Sarcoma. The second part of this work aims to define how the miRNAs could be implicated in the Bone Sarcoma’s escape, through both the metastatic spreading and the chemoresistance processes. The last part of this manuscript finally connects the two first ones and aims to highlight some perspectives about the relationship between miRNAs and the recently described BET Bromodomains’ inhibitors’ chemoresistance

Il apparait de nos jours évident que les cancers ne peuvent se réduire à des aberrations génétiques, et qu'un nouveau paramètre est à prendre en considération, l'épigénétique. Au cours de ma thèse je me suis efforcé de caractériser la protéine fusion BRD4-NUT. Cette protéine résulte d'une translocation t(15; 19) observée dans les carcinomes de la ligne médiane (NMC), extrêmement agressifs et létaux. La protéine BRD4 possède un double bromodomaine capable de s'associer à la chromatine acétylée, et recrute divers facteurs sur la chromatine. NUT est une protéine de fonction inconnue exprimée exclusivement au cours de la spermatogenèse. J'ai pu démontrer que la protéine fusion BRD4-NUT était suffisante à induire la tumorigenèse, par un mécanisme de séquestration de la protéine histone acétyltransférase (HAT) CBP/p300. NUT interagi avec CBP/p300 et suractive son activité d'acétylation, créant des foci hyper-acétylés de chromatine. BRD4-NUT empêche ainsi CBP/p300 d'aller co-activer la transcription de nombreux gènes, et bloque notamment la réponse apoptotique p53-dépendante. Une inhibition de BRD4-NUT- par siRNA, mutation des bromodomaines ou dérégulation de l'acétylation des foci par des inhibiteurs des histones déacetylases (HDAC) - réenclenche la voie d'apoptose et la mort de ces cellules tumorales. Cette étude est un exemple précis de l'impact qu'une dérégulation épigénétique peut avoir sur l'homéostasie cellulaire et induire la tumorigenèse. Je me suis également intéressé à caractériser la protéine NUT lors de son contexte physiologique (la spermatogenèse) ou lors de son expression illégitime dans des lignées tumorales sans translocation avec BRD4
Nowadays, it is clear that cancer cannot be reduced only to genetic abberations, and that a new parameter has to be considered, epigenetic. During my thesis, I have characterized the fusion protein BRD4-NUT, which results of a t(15; 19) translocation observed in NUT midline carcinoma (NMC), highly aggressive and lethal. BRD4 contains a double romodomain to interact with acetylated chromatin, thus recruting different complexes on chromatin. NUT is a protein of unknown function, specifically expressed during spermatogenesis. I have obeserved that BRD4-NUT is sufficient to promote tumorigenesis, via a sequestrating mecanism of the histone acetyltransferase (HAT) CBP/p300. NUT interacts with and stimulates CBP/p300 activity, creating highly acetylated foci in chromatin. BRD4-NUT inhibits CBP/p300 transcriptionnal co-activation, and among others, blocks p53-dependant apotposis pathway. BRD4-NUT inhibition - by siRNA, bromodomain mutation or acetylation deregulation by histone deacetylase (HDAC) inhibitors - reactivates apoptosis of translocated cancer cells. This study is a precise exemple of epigenetic deregulation impacts on cell homeostatis and how it can promotes tumorigenesis. I have also characterized NUT protein on its physiological context (spermatogenesis), or during its illegitimate expression in cell lines without being translocated with BRD4

Le canal TRPC1 (pour transient receptor potential canonical 1) est l'un des canaux cationiques non sélectifs les plus impliqués dans plusieurs maladies, y compris la progression du cancer. Les TRPC peuvent être activés par différents stimuli physico-chimiques dont le pH. Par ailleurs, l'une des caractéristiques du cancer représente les variations pH extracellulaire, notamment dans l'adénocarcinome canalaire pancréatique (ACP). Il existe de fortes indications quant à l'agressivité de l'ACP qui est causée par l'interaction entre le microenvironnement acide de la tumeur et la dérégulation des canaux ioniques. Cependant, cette interaction n'a jamais été étudiée. Lors de ce travail, nous avons étudié si TRPC1 ainsi que les fluctuations du pH acide du microenvironnement tumoral régulent la progression de l'ACP et plus particulièrement la prolifération et de migration cellulaires. Nous avons constaté que TRPC1 était surexprimé dans le tissu tumoral pancréatique par rapport au tissu normal, et dans la lignée cellulaire agressive PANC-1, par rapport à une lignée cellulaire de type canalaire, hTERT-HPNE. Pour déterminer si les fluctuations du microenvironnement acide de la tumeur affectent la dérégulation de TRPC1, les cellules PANC-1 ont été incubées dans un milieu présentant un pH de 7,4 ou 6,5 pendant 30 jours, après quoi les cellules ont été récupérées à pH 7,4 pendant 14 jours (7.4 R). L'adaptation acide (6.5) a réduit l'expression de la protéine TRPC1 mais a favorisé sa localisation membranaire par rapport au contrôle (7.4). Dans des conditions de pH 7,4R, les cellules cancéreuses présentaient une expression de TRPC1 exacerbée avec une localisation membranaire élevée, à la fois dans les modèles 2D et 3D. Nous avons constaté que les fluctuations de pH et l'invalidation moléculaire par siARN (KD) de TRPC1 affectaient respectivement la prolifération de PANC-1 dans un modèle 2D et sphéroïde. Dans notre modèle 2D, nous avons montré que TRPC1 KD affectait la progression à travers la phase G0/G1 dans toutes les conditions et la phase S lorsque les cellules sont cultivées dans un milieu pH 7,4, et la phase G2/M dans les conditions pH 6,5 et 7,4 R. En outre, pH 6,5 a amélioré tandis que le KD de TRPC1 a diminué la migration cellulaire. De plus, nous avons constaté que TRPC1 interagissait fortement avec PI3K dans des conditions acides, et CaM dans toutes les conditions. Le KD de TRPC1 diminuait à la fois cette interaction et l'activation de AKT et ERK1/2. Enfin, l'entrée basale de Ca2+ a été significativement réduite par le KD de TRPC1 dans les conditions de pH 6,5 et 7,4R. La réduction de la concentration de Ca2+ extracellulaire a entraîné une diminution additionnelle de la prolifération et de la migration des cellules transfectées avec siTRPC1 cultivées à pH 6,5 et 7,4R, mais pas dans des conditions normales de pH 7,4. Collectivement, nos résultats montrent que TRPC1 est régulé positivement dans les tissus et lignées d’ACP. Le microenvironnement acide de la tumeur favorise sa localisation membranaire et son interaction avec PI3K/CaM. Enfin, le Ca2+ transitant par TRPC1 participe à la prolifération et à la migration cellulaires. De plus, nous avons effectué un criblage du profil d'expression des canaux ORAI, de leur partenaire STIM1, d'un canal sodique activé par le voltage (Nav1.6) et d'un canal ionique détectant l'acidité (ASIC1) dans les tissus et lignées d'ACP. Nous avons examiné si le microenvironnement acide affecte la régulation épigénétique des canaux ioniques. Nous avons constaté qu'ORAI3 était régulé positivement dans le tissu ACP par rapport au tissu normal, tandis que STIM1 et NaV1.6 étaient régulés négativement. De plus, ORAI3 était préférentiellement localisé au niveau membranaire dans le tissu tumoral. De plus, nos résultats préliminaires montrent que le microenvironnement acide de la tumeur n'affecte pas les niveaux de méthylation de la région promotrice des gènes codant pour ASIC1 ou TRPC1, mais également du gène SCN8A
The transient receptor potential canonical 1 channel (TRPC1) is one of the most prominent nonselective cation channels involved in several diseases, including cancer progression. TRPCs can be activated by different physio-chemical stimuli of their surroundings, for instance, pH. Another hallmark of cancer is the variable extracellular pH landscape, notably in epithelial cancers such as pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). PDAC progression and development are linked to the physiology and microenvironment of the exocrine pancreas. There are strong indications that PDAC aggressiveness is caused by the interplay between the tumor acidic microenvironment and ion channel dysregulation. However, this interaction has never been studied before. Here, we investigate if TRPC1 is involved in PDAC progression in the form of proliferation and migration and if the pH fluctuations of the acidic tumor microenvironment affect these processes. We found that TRPC1 was significantly upregulated in PDAC tumor tissue compared to adjacent normal tissue, and in the aggressive PDAC cell line PANC-1, compared to a duct-like cell line, hTERT-HPNE. To investigate if fluctuations of the acidic tumor microenvironment affect TRPC1 dysregulation, PANC-1 cells were incubated in a medium with a pH of 7.4 or 6.5 over 30 days, where after cells were recovered in pH 7.4 for 14 days (7.4R). Acid adaptation (6.5) reduced TRPC1 protein expression but favored its membrane localization compared to the control (7.4). pH recovery treatment (7.4R) resulted in an upregulation of TRPC1 expression with a high membrane localization, both in 2D and 3D models. We found that pH fluctuations and the siRNA-based knock-down (KD) of TRPC1 affected 2D and spheroid PANC-1 proliferation, respectively. In our 2D model, flow cytometry and cell cycle regulating protein immunoblotting showed that TRPC1 KD affected the progression through G0/G1 phase under all conditions and S-phase under control pH 7.4, which shifts to the G2/M phase in pH 6.5 and 7.4R. In addition, pH 6.5 enhanced, and the KD of TRPC1 decreased cell migration, respectively. Furthermore, we found that TRPC1 interacted strongly with PI3K under acidic conditions and CaM under all conditions, and a KD of TRPC1 decreased both this interaction and the activation of AKT and ERK1/2. Finally, basal Ca2+ entry was significantly reduced upon the KD of TRPC1 in pH 6.5 and 7.4R, where the entry was enhanced. The reduction of extracellular Ca2+ concentration resulted in an additional decrease in proliferation and migration of cells transfected with siTRPC1 growing in pH 6.5 and 7.4R, but not in normal pH 7.4 conditions.Collectively, our results show that TRPC1 is upregulated in PDAC tissue and cell lines. The acidic tumor microenvironment favors its plasma membrane localization, and its interaction with PI3K/CaM and Ca2+ entry leads to PDAC cells proliferation and migration. In addition, we performed an expression profile screening of ORAI channels, their partner STIM1, and a voltage-activated sodium channel (Nav1.6), and an acid-sensing ion channel (ASIC1) in PDAC tissues and cell lines, and investigated whether the acidic tumor microenvironment affects epigenetic regulation of ion channel expression. We found that ORAI3 was upregulated in PDAC tissue compared to normal tissue, where STIM1 and NaV1.6 were significantly downregulated. Moreover, ORAI3 was more localized in the plasma membrane in tumor tissue. Acid-adaptation had a differential effect on Ca2+ channel expression. Furthermore, our preliminary results show that the acidic tumor microenvironment does not affect the methylation levels of the ASIC1 or TRPC1 promoter region, but so some extend the SCN8A gene promoter

Le cancer gastrique (CG) est traité par résection chirurgicale combinée à une chimiothérapie à base de composés de platine. La résistance croissante aux chimiothérapies renforce la nécessité d’identifier des marqueurs moléculaires robustes pour adapter le traitement et développer des thérapies ciblées. Durant ma thèse, j’ai montré l’importance des voies de l’épigénétique dans le mode d’action de drogues anti-cancéreuses dans le CG. Notamment, j’ai identifié le rôle d’une histone déacétylase, HDAC4, et de plusieurs miRNAs, dont miR-140, dans la réponse au cisplatine. De plus, j’ai démontré que des composés à base de ruthénium ayant des propriétés redox agissent indépendant de l’ADN et de p53 mais affectent certaines régulations épigénétiques. Ceci m’a donc conduit à étudier l’intérêt thérapeutique et les mécanismes sous-jacents d’un traitement combiné associant le cisplatine et des inhibiteurs de HDAC. L’ensemble de ces résultats permet d’ouvrir de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes d’action des drogues anticancéreuses dans le CG et dans l’identification de marqueurs pronostiques ou de thérapie innovante plus adaptée
Gastric cancer (GC) is treated by surgical resection combined with chemotherapy based on platinum compounds. The increase in chemotherapy resistance reinforces the need to identify robust molecular markers to tailor treatment and develop targeted therapies. During my PhD, I examined the importance of the epigenetic pathways in the mode of action of anticancer drugs in gastric cancer. In particular, I have identified the role of one histone deacetylase, HDAC4, and several miRNAs, including miR-140, in response to cisplatin. Moreover, I have shown that ruthenium compounds having redox properties act independently of DNA and p53 but affect some epigenetic regulations. This then led me to investigate the therapeutic value and the underlying mechanisms of a combined therapy associating cisplatin and HDAC inhibitors. All these results will open new perspectives in the understanding of the mechanisms of action of anticancer drugs in gastric cancer and in the identification of prognostic markers or more appropriate advanced therapy

Les infections virales sont responsables de 15 à 20 % des cancers humains. L étude des mécanismes moléculaires avec lesquels les virus oncogènes induisent la transformation cellulaire est essentielle pour la compréhension des cancers qui en résultent. Cela permettra également la découverte de nouveaux mécanismes pouvant être impliqués dans le développement de cancers, qui peuvent être ciblés par des approches thérapeutiques. Les virus du papillome humain (HPV) sont des petit virus à ADN qui futs isolés de la peau de patients souffrants de Epidermodysplasia Verruciformis (EV) qui cause un risque élevé d'infection par les HPV et le développement de cancer de la peau non mélanique (NMSC). Certains HPV cutanés, tels que HPV5, 8 et 38, sont suspectés de jouer un rôle dans de développement du cancer de la peau. Cependant, le lien direct entre les HPV cutanés et l'étiologie du cancer n'est pas encore clairement établi. Des études de notre laboratoire ont montré que les oncoprotéines HPV38 E6 et E7 sont capables d'immortaliser des kératinocytes primaires humains in vitro et in vivo. Pour immortaliser des cellules, d'importantes voies de signalisations, telles que les voies de p53 et celle de NF-KB, doivent être affectées. Dans cette étude, nous avons cherché à mettre en évidence les mécanismes moléculaires menant à la dérégulation de p53 et de NF-KB par E6 et E7 de HPV38, dans des kératinocytes humains. Nous avons montré que HPV38 E6 et E7 induisent la formation d'un complexe protéique incluant IKKβ, ΔNp73α, EZH2 et DNMT1. La formation de ce groupement protéique corrèle avec l'inhibition de la transcription de certains gènes cibles de p53, tel que PIG3. Nous avons également mis en évidence l'activation de la voie NF-KB par les oncoprotéins E6 et E7 de HPV38. Cette activation est importante par le rôle joué par NF-KB dans la protection des cellules de l apoptose induite par TNF-α et par l'exposition aux rayonnements UVB. De plus nous avons observé que E7 est la principale oncoprotéine de HPV38 responsable de la dérégulation des voies p53 et NF-KB. Nos études mettent en évidence de nouveaux mécanismes moléculaires qui peuvent être essentiels dans le processus de transformation cellulaire par HPV38
Viral infections contribute to 15–20% of all human cancers. Studying the mechanisms employed by the oncogenic viruses to induce cellular transformation is essential for a better understanding of the resulting cancers and the discovery of new mechanisms involved in cancer development which can be targeted in therapeutic approaches. Human papillomaviruses (HPVs) are small dsDNA viruses which have been clearly associated with certain cancers. They were first isolated from the skin of patients suffering from Epidermodysplasia Verruciformis (EV) having an increased susceptibility to infection by specific HPV types and to the development of non-melanoma skin cancer (NMSC). Certain cutaneous HPV types, such as 5, 8, and 38, are suspected to play a role in skin cancer development. However the direct role of cutaneous HPV in the etiology of cancer is still under debate. Previous studies from our laboratory have reported that HPV38 E6 and E7 proteins are able to immortalize human primary keratinocytes in vitro and in vivo. Cellular immortalization can be achieved through the deregulation of important signaling pathways including p53 and NF-KB. In the present work, we have investigated the molecular mechanisms of p53 and NF-KB pathways deregulation by E6 and E7 oncoproteins from HPV38 in human keratinocytes. We show here that HPV38 E6E7 induce the formation of a transcription repressor complex including IKKβ, ΔNp73α, and polycomb group members EZH2 and DNMT1. The formation of this protein complex correlates with the inhibition of several p53-target genes, such as PIG3. We also report in these studies that HPV38 E6E7 activate NF KB pathway, which plays an important role in the survival of HPV38 E6E7-immortalized human keratinocytes upon TNF-α– and UVB-mediated apoptosis. In addition our data highlight E7 being the main HPV38 protein mediating p53 and NF-KB deregulation. Our studies shed light on novel molecular mechanisms that could be important for HPV38-mediated cellular transformation

Les cancers colorectaux (CCR) constituent un véritable problème de santé publique. En France, en 2015, ils se situent au 3ème rang des cancers et au 2ème rang des décès par cancer, en raison d’un diagnostic souvent tardif et de réponses variables aux thérapeutiques. L’amélioration des tests de dépistage ces vingt dernières années n’a pas significativement réduit la morbi/mortalité liée au CCR et une meilleure caractérisation des différents sous-types moléculaires reste importante pour l’identification de nouveaux biomarqueurs. Les tumeurs colorectales sont hétérogènes tant sur le plan clinico-pathologique que moléculaire, issues de différentes voies de cancérogenèse. Les tumeurs de la voie festonnée représentent 20 à 30% des CCR. Elles sont caractérisées par une instabilité épigénétique (CpG Island Methylation Phenotype, CIMP), une instabilité microsatellitaire (MSI) et des mutations fréquentes du gène BRAF. Sur le plan phénotypique, ce sont des tumeurs volontiers mucisécrétantes surexprimant les mucines MUC2 et MUC5AC. L’identification précoce de leurs précurseurs reste actuellement un enjeu, d’autant que la séquence carcinogénétique des tumeurs festonnées serait particulièrement rapide.Dans cette étude, nous avons déterminé les caractéristiques clinico-pathologiques et moléculaires d’une série de cancers et polypes colorectaux et évalué l’intérêt des gènes de mucines MUC2 et MUC5AC pour classer les polypes festonnés et identifier les lésions précurseurs des cancers CIMP/MSI.L’étude a porté sur 418 CCR et 330 polypes coliques, incluant 218 polypes festonnés et 112 adénomes conventionnels, dont nous avons déterminé le profil moléculaire (mutations KRAS/BRAF, MSI, CIMP, méthylation MGMT, MLH1), ainsi que le profil d’expression et de méthylation des gènes de mucines MUC2 et MUC5AC. Les résultats ont été comparés aux données cliniques et anatomo-pathologiques.Nous montrons que l’hypométhylation du gène MUC5AC est un marqueur spécifique des CCR CIMP/MSI, indépendant des données clinico-pathologiques. De plus, nous montrons que l’hypométhylation de MUC5AC est un évènement précoce qui est spécifiquement associé aux polypes hyperplasiques de type microvésiculaire (MVHP) et adénomes festonnés sessiles (SSA), suggérant une filiation entre ces deux lésions, qui seraient les précurseurs des CCR CIMP/MSI. L’hypométhylation de MUC5AC était par ailleurs très spécifique des lésions festonnées mutées BRAF, CIMP ou MSI.En conclusion, nos résultats suggèrent un rôle de la mucine MUC5AC dans le développement des tumeurs coliques de la voie festonnée. L’hypométhylation du gène MUC5AC est un évènement précoce qui pourrait avoir un intérêt pour le diagnostic des polypes festonnés, en particulier lorsque la morphologie est ambiguë, et pour l’identification précoce des lésions à potentiel malin. De plus, nos résultats suggèrent que certains MVHP pourraient progresser en SSA et en CCR CIMP/MSI, d’où l’importance de réaliser des biopsies des polypes festonnés lors de l'endoscopie afin de repérer le sous-type microvésiculaire parmi les polypes hyperplasiques colorectaux, qui pourrait, bénéficier d’une surveillance minimale
Colorectal cancer (CRC) is a major public health problem yet it remains the third most common and the second deadliest cancer for both men and women in the United States and in Europe, owing to diagnosis at advanced stage and variable response to the treatments. However, the incidence and mortality appear to be steadily declining in countries with programmatic screening and it remains critical to characterize CRC molecular subtypes to identify new biomarkers. CRC display a wide clinicopathological and molecular heterogeneity and arise from different carcinogenesis pathway. Approximately 20% to 30% of CRC occur by the means of the serrated neoplasia pathway. CRC from the serrated pathway are associated with frequent epigenetic instability (CIMP, CpG island methylator phenotype) which causes most sporadic microsatellite instability (MSI) CRC through epigenetic inactivation of MLH1 and frequent BRAF mutation. CRC from the serrated pathway frequently display a mucinous pattern and are prone to express secreted mucins MUC2 and MUC5AC. Early identification of serrated pathway precursor lesions is currently challenging since the progression to adenocarcinoma in this pathway is particularly brief.We assessed in this study clinicopathological and molecular features of colorectal carcinomas and polyps and we analyzed the interest of mucin genes MUC2 and MUC5AC to classify serrated polyps and to identify the precursor lesions of CIMP/MSI carcinomas._x000D_A series of 418 CRC and 330 polyps was included in the study, with 218 serrated polyps and 112 conventional adenomas. We assessed the molecular profile (KRAS/BRAF mutations, MSI, CIMP, MGMT methylation, MLH1) and the expression and methylation profile of MUC2 and MUC5AC genes and further correlation with clinical and pathological data were performed.We show that MUC5AC hypomethylation is a specific marker of CIMP/MSI CRC, independently of other clinical or pathological factors. We show moreover than MUC5AC hypomethylation is an early event of carcinogenesis, specific to microvesicular hyperplastic polyps (MVHP) and sessile serrated adenoma (SSA) suggesting a filiation between these two lesions and also a progression of MVHP to SSA, SSA with dysplasia, and then to MSI/CIMP CRC. MUC5AC hypomethylation was moreover highly specific of BRAF mutated, CIMP or MSI serrated lesions.In conclusion, our results suggest that the MUC5AC mucin is involved/plays a role in the development/progression of colorectal tumors of the serrated pathway. MUC5AC hypomethylation occurs early during carcinogenesis and may be of interest for the diagnosis of serrated polyp especially in the presence of ambiguous morphology and to early detection of polyps carrying a malignant potential. Our results suggest moreover that some MVHP may progress to SSA and CIMP/MSI CRCs highlighting the importance to perform biopsy of serrated polyps during endoscopy to identify microvesicular subtype among colorectal hyperplastic polyps, which could require a minimal surveillance

Les cellules placentaires portent un génome différent du génome maternel, puisque 50% de leurs gènes proviennent du génome paternel. Cependant, comme les cellules cancéreuses après la transformation néoplasique, elles réussissent à envahir les tissus de leur hôte, échapper à son système immunitaire et induire une angiogenèse afin d’établir la grossesse. Les cellules cancéreuses et placentaires arborent aussi une différence majeure : alors que de tels mécanismes typiques des cancers sont incontrôlés dans les cellules cancéreuses, ils sont spatialement et temporairement contrôlés dans les cellules placentaires saines. Ainsi, le recherche sur le « concept cancer/placenta » – l’utilisation du placenta pour mieux comprendre le cancer – peut aboutir à l’identification de biomarqueurs et d’approches thérapeutiques innovantes en oncologie, tout comme en gynécologie-obstétrique. Par exemple, les efforts de recherche portant sur l’expression des gènes CGB, codant pour la sous-unité ß de l’hormone chorionique gonadotrope humaine, dans les cellules cancéreuses et placentaires a mené au développement d’un biomarqueur largement utilisé pour la prise en charge de multiples cancers. Il est aussi intéressant de noter que ce même biomarqueur est aussi utilisé pour le dépistage d’aneuploïdies fœtales. De même, le clonage d’INSL4, codant pour le précurseur du peptide placentaire précoce ressemblant à l’insuline (pro-EPIL), dans des cellulaires placentaires précoces, a mené au développement d’un biomarqueur faisant actuellement l’objet d’études cliniques. Avec l’émergence de l’épigénétique, des études de la méthylation de l’ADN, la caractéristique épigénétique la mieux comprise, ont montré que les loci de gènes CGB et INSL4 sont hypométhylés dans les cellules cancéreuses et placentaires ; ce qui pourrait refléter l’hypométhylation globale caractéristique de ces deux types cellulaires. Par conséquent, le projet doctoral présenté dans cette thèse a exploré les modifications des paysages épigénétiques des cellules placentaires au cours de la grossesse et des cellules cancéreuses au cours de la transformation néoplasique. Ce projet a contribué initialement au développement d’un test d’immunoanalyse qui détecte l’hCGß de type II, spécialement codée par un sous-groupe de gènes CGB et détectée dans le sérum de patients atteints de cancers non-placentaires et de trisomie 21 fœtale. Ce test d’immunoanalyse, avec un test similaire développé pour la détection de pro-EPIL, a aussi été utilisé pour des études de preuve de concept précoces quant à l’effet de la méthylation de l’ADN sur l’expression de l’hCGß de type II et de pro-EPIL dans des surnageants de culture cellulaire. En fin de compte, ce projet a mené à la première comparaison directe et pan-génomique de la méthylation de l’ADN dans des cellules cancéreuses au cours de la transformation néoplasique et dans des cellulaires placentaires au cours de la grossesse. Cette étude a porté sur des données, disponibles publiquement, générées à partir de biopsies de 13 types de tumeurs, de villosités choriales (tissus placentaires) et d’autres tissus sains. Elle a également porté sur des données originales générées par nos soins à partir d’échantillons placentaires uniques : des cellules cytotrophoblastiques isolées de villosités choriales ex vivo. Toutes les données inclus dans cette étude ont été générées sur une plateforme de puces à ADN pour la mesure de la méthylation au niveau de 485 512 sites CpG pour chaque échantillon. En combinant, des logiciels innovants reposant sur la puissance d’algorithmes de lissage statistique et sur un solide rationnel biologique, cette étude a ainsi contribué à l’identification de motifs d’hypométhylation à l’échelle du mégabase distinguant les cellules placentaires du début de la grossesse de celles de la fin de la grossesse tout comme ils distinguent les cellules cancéreuses des cellules normales. (...)
Placental cells carry a genome different from the maternal genome, as 50% of it originate from the paternal genome. However, like cancer cells after neoplastic transformation, they successfully invade their host tissues, escape its immune system and induce angiogenesis in order to establish the pregnancy. Cancer and placental cells also display a major discrepancy: while such hallmarks of cancer mechanisms are uncontrolled in cancer cells, they are spatially and temporally controlled in healthy placental cells. Thus, research on the “cancer/placenta concept” – the use of the placenta to better understand cancer – can lead to innovative biomarkers and therapeutic approaches in oncology as well as in gynecology and obstetrics. For example, research efforts on the expression of the CGB genes, encoding for the human chorionic gonadotropin beta subunit (hCGß), in cancer and placental cells have led to the development of a biomarker widely used for the management of various cancers. Interestingly, this same biomarker is also used for the screening of fetal aneuploidies. Likewise, the cloning of INSL4, encoding for the precursor of the early placenta insulin-like peptide (pro-EPIL) in early pregnancy placental cells, has led to the development of a biomarker currently investigated in the clinical setting. Following the rise of epigenetic, studies on DNA methylation, the most well understood epigenetic mark, showed that the loci of CGB genes and INSL4 are hypomethylated in cancer and placental cells, which may reflect a global hypomethylation also characteristic of these cells. Therefore, the doctoral project presented in this dissertation had explored modifications in the epigenetic landscape of placental cells throughout pregnancy and cancer cells throughout neoplastic transformation. This project initially contributed to the development of an immunoassay detecting type II hCGß, specifically encoded by a subset of CGB genes and detected in the serum of patients with non-placental cancers and fetal Down Syndrome. This immunoassay, along with another one directed to pro-EPIL, was also used for an early proof of concept study regarding the effect of DNA methylation on the expression of type II hCGß and pro-EPIL in cell culture supernatants. Ultimately, this project led to the first direct genome-wide comparison of DNA methylation in cancer cells throughout neoplastic transformation and in placental cells throughout pregnancy. It included publically available data generated from biopsies of 13 types of tumors, chorionic villi (placental tissues) and other normal tissues. It also included original data generated from unique placental samples: villous cytotrophoblastic cells isolated ex vivo from chorionic villi. All datasets were generated on a microarray platform measuring DNA methylation at 485,512 CpG sites in each sample. Combining innovative software that leverages the power of statistical smoothing algorithms and a strong biological rationale, this study thus contributed to the identification of megabase-scale patterns of hypomethylation distinguishing early pregnancy from late pregnancy placenta cells as they distinguish normal from cancers cells. Strikingly, the affected genomic regions encompassed genes related to hallmarks of cancer mechanisms such as epithelial-mesenchymal transition (EMT), innate and acquired immune response, and hypoxia. Taken together, these results suggest the hypothesis that patterns of DNA methylation might contribute to “cancer/placenta epigenetic switches” allowing placental implantation and neoplastic transformation when turned “on”, while preventing the placenta to degenerate into an aggressive tumor when turned “off”

Abstract : 5-Methylcytosine is an epigenetic mark, which can be oxidized to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) in DNA by ten-eleven translocation (TET) oxygenases. It is an initial step in the demethylation of 5mC. Levels of 5hmC is relatively high in the brain compared to other organs, but these levels are known to be significantly reduced during the development of a brain tumor, especially in glioblastoma multiforme (GBM). However, no known mechanisms may fully explain this abnormality. The objectives of my project were to (1) understand the implications of the demethylation pathway mediated by TET, and (2) gain a deeper insight in the epigenetic make-up of brain tumors. (1) U87 cells were incubated with 5mC, 5hmC, 5-formylcytosine (5fC) or co-incubated of 5hmC with 3,4,5,6-tetrahydro-2’-deoxyuridine (dTHU) over a timeline of 0, 24, 48 and 96 hours. (2) 130 brain tumors (GBM= 79; grade II/III= 51) were obtained directly from surgery and immediately suspended in DNA extraction buffer. Both cell samples and tumor tissues underwent DNA extraction and DNA digestion protocols. The percent per cytosine (%/C) was obtained by quantification of 5mC, 5hmC, 5fC, 5-hydroxymethyluracil (5hmU) and 5formyluracil (5fU) using LC-MS/MS. (1) Cellular incubations showed that it is possible to increase levels of 5hmC in DNA, but also a slight increase in 5mC levels throughout the experiment. 5HmC levels dramatically increased by 1.9-fold after 96h. On the other hand, no increase was observed in 5fC levels. Both 5hmC and 5fC incubations were accompanied by high increases in 5hmU and 5fU levels respectively. The addition of dTHU to the 5hmC incubation decreased 5hmU incorporation by 65%. (2) The average levels of 5mC, 5hmC and 5fC, in brain tumors, were 4.0, 0.15 and 0.021 %/C respectively. 5HmU and 5fU levels were present at comparable levels of 5hmC and 5fC. Levels of 5hmC, 5hmU and 5fU were significantly lower in the DNA of GBM specimens. There was a strong correlation between 5mC with 5hmC and 5fC in GBM, but this was absent in low grade tumors. The presence of 5hmU and 5fU in brain tumor and the increase in their levels during cell incubations indicate a deamination activity in these cancerous cells, which may impinge on the cellular levels of 5hmC, in particular. Furthermore, upon the incubations with 5hmC, downstream levels of 5fC did not increase suggesting a TET malfunction. TET activity is maintained in GBMs, but impaired in low grade tumors due to isocitrate dehydrogenase-1 (IDH1) mutations. Therefore, in brain tumors, a strong deamination activity and TET impairment may lead to epigenetic reduction of 5hmC.
Résumé : 5Mtéthylcytosine (5mC) est une marque épigénétique qui peut être oxydée en 5-hydroxyméthylcytosine (5hmC) par ten-eleven translocation (TET) oxygénases. Ceci amène à l’étape initiale de la déméthylation de 5mC. Le niveau de 5hmC est plus élevé dans le cerveau par rapport aux autres organes. Par contre, ce niveau a une réduction marquante au cours du développement d’une tumeur cérébrale, notamment le glioblastome multiforme (GBM). Toutefois, il n’y a aucun mécanisme connu pour expliquer cette anomalie. Les objectifs de ce projet étaient de (1) discerner l’implication de la voie de déméthylation obtenu par médiation de TET et (2) d’avoir une compréhension plus profonde de la constitution épigénétique des tumeurs cérébraux. (1) Des cellules U87 ont été incubées avec 5mC, 5hmC, 5-fomylcytosine (5fC) et une co-incubation de 5hmC avec 3,4,5,6-tétrahydro-2’-déoxyuridine (dTHU). Les échantillons ont été récoltés à 0, 24, 48, 96 heures. (2) 130 tumeurs cérébraux (GBM = 79; grade II/III = 51) étaient obtenus directement de chirurgie et mise en suspension dans un tampon d’extraction d’ADN le jour même. Les échantillons d’U87 et de tissu tumoral ont subi les protocoles d’extraction et de digestion d’ADN. Le pourcentage par cytosine (%/C) était calculé par la quantification de 5mC, 5hmC, 5fC, 5-hydroxyméthyluracile (5hmU) et 5-formyluracile (5fU) en utilisant LC-MS/MS. (1) Les incubations d’U87 ont démontrées la possibilité augmenter les niveaux génomique de 5hmC, mais aussi une légère augmentation des niveaux de 5mC. Les niveaux de 5hmC ont accru de 1.9 fois après 96hrs. Par contre, aucune variation n’a été observée dans les niveaux de 5fC. Les incubations de 5hmC et 5fC ont été accompagnées par une élévation des niveaux de 5hmU et 5fU respectivement. L’addition de dTHU avec 5hmC avait diminué l’incorporation de 5hmU par 65%. (2) Dans les tumeurs cérébraux, les niveaux moyens de 5mC, 5hmC et 5fC étaient de 4.0, 0.15 et 0.021%/C respectivement. Les quantités de 5hmU et 5fU étaient grandement plus faible dans le GBMs que dans les tumeurs de bas grades. La présence de 5hmU et 5fU dans les tumeurs et leur augmentation durant l’incubation des U87 indiquent une activité de désamination, qui peut, en particulier, entraver les niveaux de 5hmC. En outre, malgré l’incubation avec 5mC, les niveaux de 5hmC et 5fC n’ont pas augmentés suggérant un dysfonctionnement de TET. L’activité de TET est maintenue dans GBM, mais altérée dans les tumeurs de bas grades à cause de mutation isocitrate dehydrogenase-1 (IDH1). Par conséquent, la forte activité de désamination et la déficience en TET peuvent conduire à une réduction épigénétique.

Les récepteurs nucléaires aux œstrogènes, ERα66 et ERβ1, sont les principaux médiateurs des effets des œstrogènes. Ces hormones régulent le développement physiologique de la glande mammaire mais participent aussi à la progression du cancer sein. L’expression d’ERα66 est d’ailleurs utilisée dans la classification moléculaire des tumeurs mammaires afin d’orienter la stratégie thérapeutique. Depuis son clonage, le variant des récepteurs alpha aux œstrogènes, ERα36, a été principalement décrit dans la littérature pour son rôle dans la progression des tumeurs mammaires et dans l’acquisition de résistances aux anti-œstrogènes comme le Tamoxifène. Si une forte expression d’ERα36 dans les cellules cancéreuses mammaires apparaît nettement comme un facteur de mauvais pronostic, peu de données sont disponibles concernant son rôle dans le développement de la glande mammaire saine. C’est pourquoi le premier objectif de ce travail était de déterminer le rôle d’ERα36 dans le développement physiologique de cette glande. Grâce à une approche pluridisciplinaire, incluant des études in vivo sur un modèle de souris transgéniques MMTV-ERα36 et des études in vitro et in silico sur des cellules épithéliales mammaires immortalisées, nous avons montré que l’expression d’ERα36 perturbe le phénotype des cellules épithéliales mammaires et conduit à l’apparition d’altérations structurales des canaux mammaires à l’âge adulte. De plus, nous avons mis en évidence que les alkylphénols, qui sont des perturbateurs endocriniens œstrogèno-mimétiques, stimulent l’expression endogène de ce variant dans les cellules MCF-10A et augmentent leurs capacités migratoires sans pour autant amplifier les effets d’ERα36 sur l’histologie des canaux mammaires. En parallèle, afin de mieux comprendre l’implication d’ERα36 au moment de l’initiation et de la progression tumorale, nous avons étudié les modalités de régulation de l’expression de ce variant dans les cellules cancéreuses mammaires. Les résultats obtenus indiquent que l’expression d’ERα36 est positivement corrélée au statut de méthylation de sa région promotrice et que l’ARNm codant ce variant est la cible d’hsa-miR136-5p. Enfin, le dernier objectif de ce travail était de développer une approche visant à identifier in silico de nouveaux partenaires d’ERα36. L’ensemble de ce travail s’inscrit dans une démarche de raffinement de la classification moléculaire actuelle des tumeurs mammaires en y ajoutant une composante associée à l’expression d’ERα36
The estrogen nuclear receptors, represented by the canonical forms ERα66 and ERβ1, are the main mediators of the estrogenic effects in mammals. These hormones, which regulate the physiological development of the mammary gland, participate in the initiation and progression of breast cancer. In fact, ERα66 expression is a key molecular classifier of breast tumors used in order to guide the therapeutic strategies toward hormonotherapy. However, in 30% of cases, therapeutic failures are observed, which highlights the importance of identifying new biomarkers. The estrogen receptor variant, ERα36, has been cloned in 2005 and mainly described in the literature to be involved in the progression of mammary tumors and in the acquired resistance to anti-estrogen drugs, such as Tamoxifen. Even if a high expression of ERα36 in breast cancer cells appears to be associated with a poor prognosis, few data are available concerning its role in the normal development of the mammary gland. Therefore, the aim of this work was to determine the role of ERα36 in the physiological development of the mammary gland. Thanks to a multidisciplinary approach, that combines in vivo studies on MMTV-ERα36 transgenic mice, and in vitro and in silico studies on immortalized normal epithelial mammary cells (MCF-10A), we showed that ERα36 expression is sufficient to disturb the mammary epithelial cells phenotype, leading to the emergence of structural alterations of mammary ducts at adulthood. Moreover, we showed that exposure to the estrogen mimicking compounds alkylphenols stimulates the endogenous expression of this variant in MCF-10A cells, and increases their migratory ability. Then, in order to get a better understanding of ERα36 contribution to tumor initiation and/or progression, we studied classical and epigenetic regulation of this variant expression in breast cancer cells. Our results show that ERα36 expression is positively correlated with the methylation status of its promoter region, and that the ERα36 mRNA is the target of the microRNA, has-miR-136-5p. Finally, the last aim of this work was to develop a bioinformatic approach in order to study the ERα36 partners. To summarize, all of this work falls within a need of the current breast tumor molecular classification refinement by adding a component related with ERα36 expression

Une sous population de cellules au sein des tumeurs mammaires présente une capacité accrue de se renouveler et de reproduire l’hétérogénéité du cancer du sein. Maintenant il est bien connu que les cellules souches présomptives du cancer du sein possèdent des programmes d’expression des gènes qui correspondent à leurs caractéristiques biologiques uniques. Notre groupe a été impliqué dans la caractérisation épigénétique des cellules souches présomptives du cancer du sein et l’importance de la dérégulation des mécanismes épigénétiques comme la méthylation de l’ADN et le microARN au cours de la carcinogenèse. Plus spécifiquement cette étude détaille l’idée que la survie des cellules souches du cancer du sein peut être due à une signalisation via des circuits spécifiques de régulation, y compris la voie d’inflammation IL6-JAK-STAT. Ces cellules présentent une activation constitutive de cette voie associée à une configuration particulière de la chromatine. Une autre part de cette étude est d’explorer l’idée que des changements dans l’expression des microARN sont fondamentaux pour la maintenance des principales caractéristiques de ces cellules, et leur ciblage peut représenter une nouvelle approche de thérapie contre le cancer du sein. De plus, en testant directement les conséquences in vivo de la régulation de miR30a nous ouvrons la voie pour la recherche et la validation de l’utilisation potentielle des microARN comme thérapie anti cancéreuse. Ensemble, nos résultats apportent une nouvelle compréhension du rôle des modifications épigénétiques dans la maintenance des cellules souches du cancer du sein. De façon importante ces découvertes intègrent l’idée que des mécanismes de régulations différents mais coordonnés ont un rôle dans la survie des cellules souches du cancer du sien et donnent une perspective élargie pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques
A subpopulation of cells within breast tumors is known to display an increased ability to self-renew and reproduce breast cancer cell heterogeneity. It is now known that putative breast cancer stem cells (CSCs) display distinct programs of gene expression that correlate with their unique biological characteristics. Our group has been involved in the epigenetic characterization of putative breast CSCs and the importance of the deregulation of epigenetic mechanisms such as DNA methylation and microRNA during carcinogenesis. More specifically, this study is detailing the idea that the survival of breast CSC may be dependent on signaling through specific regulatory circuits, including the well known inflammatory IL6-JAK-STAT pathway. These cells display a constitutive activation of this pathway associated with a distinct chromatin configuration. Another part of the study is exploring the idea that changes in microRNA expression are fundamental in sustaining the main attributes of these cells, and their targeting may represent a novel approach for breast cancer therapy. In addition, by directly testing the in vivo consequences of miR30a regulation, we open a window of opportunity for testing and validating the potential use of microRNAs in anti-neoplastic therapy. Together our results bring a new understanding of the role of epigenetic modifications in the maintenance of breast CSC. Importantly, these findings integrate the idea that different but coordinated regulation mechanisms play a role in the survival of CSC and give a larger perspective for finding novel therapeutic targets