Tesis sobre el tema "Thyroidi"

Contexte : L’incidence des cancers différenciés de la thyroïde (CDT) est caractérisée par de fortes variations géographiques et ethniques. L’un des plus forts taux d’incidence a été rapporté en Nouvelle-Calédonie et particulièrement dans la population mélanésienne. En dehors de l’exposition aux radiations ionisantes dans l’enfance et l’obésité, les facteurs de risque de CDT restent très mal connus. Bien qu’il ait été rapporté que ce cancer constitue une des localisations cancéreuses ayant la composante héréditaire la plus élevée, le rôle des facteurs génétiques a été jusqu’à présent peu étudié. Des études de cas familiaux et des études gène-candidat ont identifié des polymorphismes dans plusieurs gènes mais très peu de ces associations ont été répliquées. Des études d’association génomes entier (GWAS) ont également mis en évidence des régions de susceptibilité génétiques de CDT, les associations les plus robustes ont été rapportés sur les loci 9q22 et 14q13. Au final, l’ensemble des variants identifiés jusqu’à présent ne permettent d’expliquer qu’une faible part de l’héritabilité génétique dans l’étiologie des CDT, suggérant que d’autres facteurs de risque génétiques restent à découvrir.Objectifs : L’objectif général de ce travail était d’étudier les facteurs de risque génétique et leurs interactions avec les facteurs environnementaux. Plus spécifiquement, il s’agissait 1) d’étudier le rôle de gènes candidats ou de loci identifiés dans des études GWAS dans deux études cas-témoins menées en Nouvelle-Calédonie et en France métropolitaine 2) d’explorer plus en détail dans ces populations, les loci GWAS 9q22 et 14q13 pour l’identification des variants causaux ou d’autres variants candidats ; 3) d’identifier de nouveaux facteurs de risque génétiques dans les CDT chez les femmes en utilisant une approche dite par « pathway candidat » en combinant les données de deux études françaises et américaines.Matériels et méthodes : Les analyses portant sur les gènes candidats et les loci GWAS reposent sur deux populations d’études : une population européenne de 508 cas et 621 témoins issus des études cas-témoins conduites en France métropolitaine (étude CATHY) et en Nouvelle-Calédonie (NC) et une population mélanésienne de 156 cas et 114 témoins de l’étude de NC. Les approches pathway candidat ont porté dans un premier temps sur les femmes d’origine européenne de l’étude CATHY (365 cas/376 témoins) et d’une partie de l’étude cas-témoins Young-Thyr (83 cas/93 témoins) conduites en France métropolitaine. Dans un second temps, nous avons combiné ces sujets avec les femmes de l’étude cas-témoins USRT/UTMDACC (332 cas/443 témoins) conduite aux Etats-Unis.Résultats : Nous n’avons pas observé d’association entre les CDT et les polymorphismes des gènes identifiés précédemment par les études gène-candidat dans les populations européennes et mélanésiennes étudiées. Toutefois, nous avons montré que la délétion des gènes GSTM1 et GSTT1 pouvait moduler les associations rapportées entre l’obésité ou la consommation d’alcool et le risque de CDT. Nous avons répliqué chez les européens et chez les mélanésiens les associations avec des variants des loci GWAS 9q22, 14q13 et 2q35. Nous avons également mis en évidence, dans les régions GWAS 9q22 et 14q13 de nouveaux variants candidats à risque de CDT et rapporté des interactions entre ces variants et la parité ou la consommation de tabac. Les analyses par pathway portant sur une population de femmes d’origine européenne suggèrent des interactions entre la consommation d’alcool ou la consommation de tabac et les gènes impliqués dans le métabolisme de ces substances et des interactions entre l’âge aux premières règles, la prise de contraceptifs oraux et les gènes impliqués dans la biosynthèse et le métabolisme des hormones stéroïdiennes
Context : Differentiated thyroid cancer (DTC) incidence is characterized by considerable geographic and ethnic variations. Particularly high incidence rates were observed in Melanesian women of New Caledonia. Except for the exposure to ionizing radiation in childhood and obesity, the role of other DTC risk factors is not clearly established. Genetic factors have been suggested to play an important role in DTC risk since epidemiological studies have shown that DTC has a higher familial relative risk than any other cancers. Linkage studies in multiple-case DTC families and candidate gene studies have identified polymorphisms in several genes but very few have been replicated so far. Genome-wide association studies (GWAS) also identified several DTC susceptibility loci with the most robust associations reported on the loci 9q22 and 14q13. Only few susceptibility loci were highlighted by GWAS and the identified variants were shown to account less than 10% of the DTC familial risk, emphasizing that much remains to be discoveredObjectives: The main objective of this work was to study the role of genetic risk factors and their interaction with environmental factors in DTC risk. More specifically, we aimed to: 1) replicate the association between DTC risk and polymorphisms reported in candidate gene and GWAS studies in 2 case-control studies conducted in Metropolitan France and New Caledonia; 2) identify potential causal variants of DTC risk in GWAS loci 9q22 and 14q13 using fine-mapping approach; 3) identify new genetic risk factors for DTC in women using pathway approach by pooling data from 2 case-control studies conducted in France and USA..Materials and methods: The analysis of the candidate genes and of the GWAS loci were based on a European population of 508 cases and 621 controls from 2 case-control studies conducted in metropolitan France (CATHY study) and in New Caledonia (NC study) and, a Melanesian population of 156 cases and 114 controls from the NC study. The pathway analysis was conducted in a first step on European women from the CATHY study (365 cases/376 controls) and from the Young-Thyr study (83 cases /93 controls) both conducted in metropolitan France. In a second step, we pooled the data from CATHY/Young-Thyr study and USRT/UTMDACC study (332 cases/443 controls) conducted in the United States.Results: In Europeans and Melanesians, we found no association with polymorphisms reported previously by candidate genes studies. However, we observed that among these genes, GSTM1 and GSTT1 may modulate the associations between DTC risk and obesity or alcohol consumption. Some polymorphisms identified in GWAS studies at loci 9q22, 14q13 and 2q35 were replicated in Europeans and in Melanesians. In the GWAS loci 9q22 and 14q13, we identify new variants that can be functionally related to DTC pathogenesis in Europeans and Melanesians. We also reported interactions between some of these variants and parity or tobacco smoking. The analysis of candidate pathways in European women showed interactions between alcohol consumption or tobacco smoking and genes involved in the metabolism of these compounds and, between age at first menarche or oral contraception and genes involved in biosynthesis and metabolism of sex steroid hormones

Les dysgénésies thyroi͏̈diennes (DT), anomalies du développement de la thyroi͏̈de, regroupent principalement les ectopies, les athyréoses, et plus rarement, les hypoplasies et les lobes thyroi͏̈diens uniques. Si la physiopathologie est encore mal connue, 4 gènes ont été impliqués dans cette pathologie : TTF-1 (Thyroi͏̈d Transcription Factor 1), TTF-2, PAX8 et le gène du récepteur de la TSH (Thyroi͏̈d Stimulating Hormone). Dans ce travail, nous avons, tout d'abord démontré que les hypothiroi͏̈dies congénitales dues à une DT, présentaient un caractère familial indéniable. Nous avons ensuite réalisé une étude de liaison intra-familiale qui a permis de retrouver une co-ségrégation entre le phénotype pathologique et au moins.
Thyroi͏̈d dysgenesis (TD) are thyroid developmental abnomalities, including athyreosis, hemithyroi͏̈d, ectopic and hypoplasic thyroid gland. Up to now, four genes have been schown to be involved in this disorder : TTF-1 (Thyroi͏̈d Transcription Factor 1), TTF-2, PAX8 and the gene encoding for the receptor of the thyroi͏̈d stimulating hormone. In this study; we firstly demontrated that congenital hypothyroi͏̈dism due to TD had a familial character. We then performed linkage analysis that showed co-segregation between the disorder and at least one of the for candidate loci in the majority of the families studied. We then identified 7 mutations in 17 subjets affected by TD, thus confirming the role of these 4 genes

Les radiations ionisantes sont une cause établie de cancers de la thyroïde mais un nombre croissant de travaux évoque aussi le rôle potentiel du peroxyde d’hydrogène (H2O2) dans la pathogenèse des cancers thyroïdiens spontanés. Si les cassures double-brin de l’ADN (DSBs) sont considérées comme l’une des causes primaires de cancer, leur induction par l’H2O2 était plus controversée.

Lors de ce travail, nous avons voulu tester in vitro, dans différents modèles thyroïdiens, l’hypothèse selon laquelle l’H2O2 produit en grandes quantités in vivo pour oxyder l’iodure et synthétiser les hormones thyroïdiennes pouvait endommager l’ADN.

Les dégâts provoqués à l’ADN ont été évalués par le test des comètes (en milieu alcalin pour les cassures simple-brin (SSBs) et en milieu neutre pour les cassures double-brin de l’ADN) et quantitativement comparés à ceux produits par l’irradiation.

Nous avons montré dans une lignée cellulaire thyroïdienne de rat (PCCl3) que des concentrations non létales d’H2O2 (0.1 – 0.5 mM) tout comme l’irradiation (1 - 10 Gy) provoquaient une augmentation dépendante de la dose du nombre de SSBs et de DSBs.

L'induction de DSBs a été confirmée par la mesure du taux de phosphorylation de l’histone H2AX sur Sérine 139. L’induction de DSBs par l’H2O2 a également été observée dans des cultures primaires de thyroïdes humaines et dans des tranches de thyroïde de porcs.

L’utilisation de L-buthionine-sulfoximine (BSO), un agent qui empêche le renouvellement du glutathion cellulaire, a conduit à un abaissement du seuil d’observation des cassures de l’ADN induites par l’H2O2.

Nous avons également observé que les dommages de l’ADN étaient réparés plus lentement lorsqu’ils étaient provoqués par l’H2O2 plutôt que par l’irradiation.

Dans un second temps, nous avons exploré au niveau moléculaire les conséquences d’une exposition à 1 Gy d’irradiation γ ou à une concentration non létale d’H2O2 (0.05 – 0.2 mM) dans des cultures primaires de thyroïdes humaines et dans des lymphocytes T issus d’un même donneur. Nous avons étudié par micro-arrays les modifications du profil d’expression génétique de ces 2 types cellulaires afin de caractériser la spécificité de la réponse transcriptionnelle en fonction de la nature de l’agression, du type et de l’importance du dommage engendré ainsi que du type cellulaire.

Les 2 types cellulaires répondent de manière similaire à l’irradiation en termes de nombre de gènes régulés, avec un large recouvrement de réponses transcriptionnelles caractérisées par une forte sur-représentation de gènes impliqués dans l’apoptose et dans la réparation des dommages de l’ADN.

En revanche, la réponse transcriptionnelle à l’H2O2 est différente dans les 2 types cellulaires.

D’une part, les lymphocytes T qui montrent un dommage à l’ADN pour de plus faibles concentrations d’H2O2 que les thyrocytes présentent une réponse transcriptionnelle 1000 fois supérieure à celle observée dans les thyrocytes. D’autre part, les quelques gènes régulés dans les thyrocytes ne le sont pas dans les lymphocytes T. Il s’agit de gènes impliqués dans la défense contre les espèces réactives de l’oxygène (ROS). Ces résultats suggèrent l’existence de mécanismes de protection anti-oxydante spécifiquement développés dans les cellules thyroïdiennes.

En conclusion, ce travail a montré que l’H2O2, à des concentrations non létales, provoque des SSBs mais également des DSBs dans différents modèles thyroïdiens in vitro. La quantité de DSBs produite par l’H2O2 est comparable à celle observée après irradiation mais la vitesse de leur réparation est plus lente. D’autre part, en comparaison avec les lymphocytes T, les thyrocytes semblent particulièrement résistants aux effets de l’H2O2 et dotés de mécanismes de protection particulièrement performants et probablement partiellement inductibles contre les ROS.

Ces données soutiennent notre hypothèse de départ selon laquelle la production d’H2O2 dans la thyroïde pourrait jouer un rôle dans l’étiopathogénie des tumeurs thyroïdiennes, en particulier en cas de défenses anti-oxydantes altérées.

Doctorat en Sciences médicales
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L’hypothyroïdie congénitale (HC) est une maladie relativement fréquente, touchant un nouveau-né sur 3000-4000, et dont la majorité des cas sont causés par un défaut dans le développement embryonnaire de la glande. Il existe plusieurs arguments en faveur d’une cause génétique dans une minorité de ces dysgénésies thyroïdiennes mais, à ce jour, seuls quelques cas ont put être reliés à une mutation dans l’un ou l’autre de trois gènes codant pour des facteurs de transcription impliqués dans le développement de la thyroïde (TITF1, PAX8 et FOXE1).

Au cours de notre travail de thèse, nous avons caractérisé la 6ème mutation du gène PAX8 à l’état hétérozygote, dans un cas familial d’HC. Nous avons étudié l’impact fonctionnel de cette altération qui entraîne une perte de liaison de la protéine mutée à une séquence cible spécifique, ainsi qu’une diminution drastique de la synergie de transactivation en association avec Titf1. Le phénotype des patients est également intéressant à plus d’un titre. En effet, nous avons pu observer que les mutations de PAX8 sont compatibles avec le développement d’une thyroïde en place et de taille normale à la naissance, pouvant conduire à un diagnostic erroné de dyshormonogenèse. De plus, un des trois patients présente un phénotype rénal qu’il est tentant de relier à la mutation de PAX8 étant donné que ce gène est exprimé durant le développement de cet organe, tout comme dans la thyroïde.

Notre travail a également consisté en l’élaboration d’une librairie SAGE du bourgeon thyroïdien en développement, afin de rechercher de nouveaux gènes candidats impliqués dans le développement de la glande thyroïde. Grâce à une technique d’amplification d’ARN, nous avons obtenu une librairie d’environ 94.000 étiquettes à partir de bourgeons thyroïdiens provenant d’embryons de souris au 11ème jour de développement. Cette librairie nous a permis d’identifier une nouvelle isoforme du transcrit de Titf1 modifiant l’extrémité 3’-non codante du messager, ainsi qu’un gène de fonction inconnue mais dont le profil d’expression ainsi que sa grande conservation au cours de l’évolution laissent suggérer un rôle important, tant dans les tissus embryonnaires que dans les tissus adultes.

Ces deux découvertes valident le caractère prédictif de notre librairie qui constitue un outil de choix pour l’identification de nouveaux gènes de développement thyroïdien et donc de nouveaux candidats pour l’étude des mécanismes étiopathogéniques à la base des dysgénésies thyroïdiennes.

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Congenital hypothyroidism (CH) is a relatively frequent disease affecting 1 every 3000-4000 newborns. The majority of CH cases are caused by a defect in the embryonic development of the gland. There exists several arguments in favor of a genetic cause for a minority of these thyroid dysgeneses but, to this day, only a few cases have been related to a mutation in one of three genes coding for transcription factors implicated in thyroid development (TITF1, PAX8 and FOXE1).

In the course of this work, we have caracterized the 6th mutation of the PAX8 gene, in the heterozygous state, in a familial case of CH. We have studied the functional impact of this modification which leads to a loss of the protein’s DNA-binding properties and to a severe reduction in the transactivation synergy in association with Titf1. The phenotype of the patients presents also interesting features. Indeed we have observed that the PAX8 mutations are compatible with the development of an in-place, normal-sized thyroid at birth, which could lead to an erroneous diagnostic of dyshormonogenesis. Moreover, one of the three patients presents with a renal phenotype (unilateral kidney agenesis) which is tempting to relate to the PAX8 mutation, given this gene is expressed during kidney development.

Our work also consisted in the generation of an embryonic thyroid bud SAGE library, which we used to search for new candidate genes implicated in thyroid development. With the help of a RNA amplification technique, we obtained a library of roughly 94.000 tags starting from mous thyroid buds at E11. This library allowed us to identify a new Titf1 splicing variant modifying the 3’-UTR of the transcript, and a gene of unknown function. The latter’s expression profile and high conservation throughout evolution suggest a crucial role in embryonic as well as adult tissues.

These two findings validate the predictive character of our library which constitutes a powerful tool to identify new thyroid developmental genes and new candidate genes for the study of the etiopathogenic mecanisms responsible for CH.

Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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Afin de mieux comprendre la physiopathologie et de mieux caractériser les différents types de tumeurs thyroïdiennes, notre travail s’inscrit dans un projet de recherche visant à identifier des biomarqueurs (signatures moléculaires) et à développer des outils permettant le diagnostic, le pronostic et le traitement de ces tumeurs. Afin d’arriver à cet objectif, les profils d’expression de différents types de tumeurs thyroïdiennes sont étudiés, ainsi que leurs modèles in vitro. L’un des mécanismes physiopathologiques rencontré dans le développement de tumeurs est la dérégulation ou l’expression aberrante de microARN. Il a, par ailleurs, été rapporté que cette famille d’ARN pourrait fournir de bons classifieurs moléculaires. Nous nous sommes dès lors demandés quelle pouvait être l’implication de ces microARN dans le développement des tumeurs thyroïdiennes, et s’ils pouvaient fournir un bon outil de classification.

Ainsi, dans la première partie de cette thèse, nous avons caractérisé les profils d’expression miRNA d’une tumeur bénigne différenciée, l’adénome autonome hyperfonctionnel. Afin d’aller au-delà d’une simple description des régulations miRNA observées, nous avons également étudié les profils d’expression ARNm. Au travers d’algorithmes de prédiction de cibles ARNm de miRNA, nous avons pu proposer des hypothèses quant à la signification des régulations observées. De plus, en utilisant un test fonctionnel luciférase, nous avons montré que deux miRNA (hsa-miR-144 et hsa-miR-451) peuvent lier le 3’UTR et réprimer l’expression d’une phosphodiestérase (PDE4D), mettant ainsi en évidence un mécanisme de rétrocontrôle négatif du niveau d’AMPc dans ce type de tumeur.

Outre les adénomes autonomes, nous avons également étudié les profils d’expression des microARN dans les adénomes et carcinomes folliculaires, afin de mieux comprendre leurs physiopathologies et d’étudier le pouvoir discriminant des miRNA pour la distinction de ces deux types de tumeurs. Nos résultats, encore partiels, remettent en question l’actuelle classification des adénomes et carcinomes folliculaires en deux groupes distincts. Nos données vont plutôt vers un continuum de tumeurs appartenant à une classe unique mais présentant des stades d’évolution différents.

Afin de pouvoir étudier plus en profondeur les mécanismes tumoraux, il est nécessaire d’avoir à sa disposition de bons modèles in vitro. Nous avons étudié la représentativité des cultures primaires de thyrocytes humains sains et de lignées cellulaires thyroïdiennes humaines cancéreuses pour l’étude des microARN dans les tumeurs thyroïdiennes. Nos résultats indiquent que les longs temps de stimulation des cultures primaires par la TSH ou l’EGF/sérum ne mimiquent respectivement pas les adénomes autonomes ou les carcinomes papillaires, comme c’est le cas au niveau des ARNm. Par contre, il apparaît clairement que les lignées cellulaires, du point de vue des miRNA, ont toutes évolué vers un phénotype commun, dédifférencié. Elles représentent dès lors un bon modèle pour l’étude des cancers thyroïdiens anaplasiques.

Nos résultats nous ont également amenés à nous poser des questions sur la stabilité des miRNA. Nous avons ainsi entrepris d’en étudier la demi-vie. Nous avons mis au point une stratégie expérimentale permettant d’en étudier la stabilité dans des conditions les plus physiologiques possibles. Ceci nous a permis d’obtenir un atlas de demi-vies des miRNA dans la lignée cellulaire BCPAP.
Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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Dans une première partie du travail, nous nous sommes intéressés à l'effet de l'acrylamide sur la tumorigénèse thyroïdienne. En effet des chercheurs suédois avaient récemment attiré l’attention de la communauté scientifique sur la présence de ce xénobiotique dans des denrées alimentaires couramment utilisées. Des études antérieures avaient montré que l’acrylamide, administré chroniquement à des rats pendant deux ans, induisait des tumeurs parmi lesquelles les tumeurs thyroïdiennes étaient les plus fréquentes. Pour ces raisons l’acrylamide est considéré comme une substance potentiellement cancérigène pour l’homme. Nous avons voulu investiguer les mécanismes d’action possibles de l’acrylamide dans la tumorigénèse thyroïdienne avec un modèle in vitro et ensuite un modèle in vivo.

Dans le modèle in vitro, nous avons d’abord testé l’effet de l’acrylamide sur les propriétés caractéristiques de la thyroïde, qui pourraient expliquer la spécificité de cette substance pour ce tissu. Dans un premier temps, nous avons donc testé l’effet de l’acrylamide sur l’accumulation d’AMPc (médiateur de la croissance) et sur la génération d’H2O2 potentiellement cancérigène mais nous avons montré qu’aucun de ces deux paramètres n’est modulé suite au traitement des cellules thyroïdiennes. Nous avons ensuite montré que l’acrylamide n’avait pas d’effet sur la prolifération dans les lignées thyroïdienne de rat, un facteur qui aurait pu expliquer l’effet tumorigène de l’acrylamide mais pas sa spécificité thyroïdienne. Nous avons enfin testé en utilisant l’essai comète la capacité de l’acrylamide à générer des cassures au niveau de l’ADN. Ceci nous a permis de montrer que l’acrylamide était capable d’induire des cassures dans l’ADN de lignées thyroïdiennes de rat ainsi que dans des cultures primaires de thyroïde humaines, de chien et de mouton. Afin de déterminer que l’effet observé sur l’ADN était dû à des cassures double brin, nous avons utilisé une technique de détection de l’histone H2AX phosphorylée. En effet, la phosphorylation de cette histone se produit lorsque des cassures d’ADN double brin sont présentes. Les résultats obtenus ne soutiennent pas l’hypothèse que l’acrylamide provoque des cassures double brin. Néanmoins ces dommages à l’ADN sont susceptibles d’induire des mutations qui peuvent jouer un rôle dans le processus de tumorigénèse de l’acrylamide.

Nous avons donc testé l’effet de l’acrylamide sur un modèle in vivo. Pour cela nous avons traité des souris avec de l’acrylamide additionné à l’eau de boisson à des doses comparables à celles administrées aux rats pendant 2, 6 ou 8 mois. Ce traitement a également été combiné avec de la thyroxine (T4) afin de mettre la thyroïde au repos ou avec du méthimazole qui inhibe la sécrétion des hormones thyroïdiennes et par conséquent induit la sécrétion de TSH, ce qui a pour effet de stimuler la glande. Ces traitements modérés ont eu les effets attendus au niveau des taux de TSH et de T4 circulants ainsi que sur la morphologie de la glande. L’acrylamide a eu de faibles effets sur le système nerveux périphérique traduit par une paralysie des membres postérieurs. Par contre nous n’avons pas observé d’apparition de tumeurs dans la thyroïde des souris. La cible thyroïdienne de l’acrylamide chez le rat semble donc spécifique de l’espèce et jette un doute sérieux sur un rôle cancérigène potentiel chez l’homme au niveau thyroïdien.

Dans une deuxième partie, nous avons investigué la réexpression de certains gènes thyroïdiens dans des lignées cancéreuses humaines. En effet nous avons montré au sein du laboratoire que la plupart des lignées thyroïdiennes les plus utilisées avaient perdu les gènes de différentiation spécifiques de la thyroïde. Pour cela nous avons utilisé des agents capables de modifier soit la méthylation de l’ADN comme la 5-aza-2’-déoxycytidine (5-AzadC) soit la compaction de la chromatine comme la trichostatine A (TSA), ce qui a pour conséquence de moduler le niveau d’expression des gènes. Ces traitements ont été utilisés à différentes concentrations, différents temps, seuls ou en combinaison. La 5-AzadC, utilisée seule a permis de réexprimer fortement les gènes Duox1 et Duox2 et faiblement NIS. En combinaison avec la TSA et la forskoline (un activateur de la voie AMPc), nous avons montré une forte réexpression de NIS mais au stade actuel de notre étude celui-ci n’est pas fonctionnel. Ceci montre que les agents modifiant la chromatine peuvent influencer l’expression des gènes de différenciation, cependant nous devons investiguer de façon plus large les différents agents ainsi que les conditions de culture pouvant mener à la réexpression d’un NIS fonctionnel. Grâce à ce traitement différenciant, qui permettrait un rétablissement du transport de l’iodure, un traitement par l’I131 des cancers indifférenciés de la thyroïde pourrait être réenvisagé.

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L’H2O2, produit en grande quantité dans la thyroïde, est depuis longtemps suspecté de jouer un rôle dans la pathogenèse des nodules et des cancers thyroïdiens. En effet, dans une situation pathologique où la production d'H2O2 serait excessive ou lors d’un défaut de protection par les enzymes de détoxification, l’H2O2 pourrait devenir toxique. In vitro, des quantités modérées d’H2O2 sont capables de provoquer des dégâts à l'ADN similaires à ceux induits par une irradiation de 1 Gy et peuvent même provoquer des réarrangements RET/PTC trouvés dans la plupart des carcinomes papillaires de la thyroïde.

La première partie de ce travail visait à mieux comprendre les mécanismes de protections qui pourraient être impliqués dans la défense contre les effets néfastes de l’H2O2 ainsi que le rôle de l’H2O2 dans la cancérogenèse thyroïdienne. Nous avons utilisé des cultures primaires de thyrocytes humains et nous les avons comparées à des lignées cellulaires de diverses origines ainsi qu’à des cultures primaires de lymphocytes T. Les résultats obtenus après traitement à l’H2O2 ont été comparés à ceux obtenus après irradiation, agent carcinogène connu.

Nous avons montré, grâce à une méthode fluorimétrique, que le thyrocyte était capable de dégrader de façon très efficace l’H2O2.

L’utilisation de L-buthionine-sulfoximine (BSO), un agent qui déplète la cellule en glutathion, a conduit à un abaissement du seuil d’observation des cassures de l’ADN (test des comètes) induites par l’H2O2 dans le thyrocyte ;ce qui suggère que la glutathion peroxydase (GPx) est impliquée dans la protection des thyrocytes en réponse à une agression par l’H2O2. Ceci a été confirmé par une augmentation de l'activité enzymatique de la GPx dans le thyrocyte une heure après une exposition à de l’H2O2 et pas après irradiation.

Une augmentation de l’expression de l’Hème oxygénase 1 (HMOX1) a été confirmée par RT-qPCR dans le thyrocyte après un traitement à l’H2O2. Ces résultats concordaient avec les résultats précédemment obtenus par microarray.

Les cinétiques de réparation de l'ADN ont montré que les dégâts à l'ADN étaient réparés plus lentement quand ils étaient provoqués par l’H2O2 que par l’irradiation. Les lymphocytes T sont incapables de réparer les dommages causés à l'ADN par l’H2O2.

Un pré-traitement des thyrocytes avec de l’H2O2 ralentit la réparation des dégâts à l’ADN induits par l’irradiation ce qui suggère une inhibition des enzymes de réparation en cas de stress oxydant.

La deuxième partie du travail a consisté à étudier la réaction de Fenton dans la thyroïde. En effet, un excès de fer libre a été suspecté d’être un facteur favorisant dans la génération de divers cancers dont le cancer thyroïdien. En présence d’H2O2, un excès de fer libre entraine la génération de radicaux hydroxyl, hautement réactifs (réaction de Fenton).

Nous avons mesuré les dégâts à l’ADN des thyrocytes pré-incubés avec des concentrations de FeSO4 compatibles avec la survie et traités avec l’H2O2. Une augmentation des dégâts à l’ADN et un ralentissement de leur réparation ont été observés dans les cellules. Les dégâts induits par l’irradiation n’étaient pas influencés par la présence de FeSO4.

Enfin, la troisième et dernière partie du travail a consisté à étudier les effets d’une irradiation causée par l’iode131 (I131) et de les comparer à ceux produits par une irradiation γ sur des thyrocytes humains en culture primaire ainsi que sur des lignées thyroïdiennes de rats (FRTL5 et PCCl3). L’irradiation par l’I131 produit moins de dégâts à l’ADN sur le thyrocyte, par le test des comètes, qu’une irradiation γ (Cs137) à doses irradiantes absorbées équivalentes. Un effet dose-réponse de l’irradiation par I’131 sur les lignées cellulaires (FRTL5 et PCCl3) est observé avec des activités radioactives faibles et des temps d’incubation courts.

En conclusion, le thyrocyte a développé plusieurs mécanismes de protection efficaces contre le stress oxydant, en particulier contre l’H2O2. Une augmentation du stress oxydant suite à un excès d’H2O2, de fer libre ou d’un défaut d’un des mécanismes de protection pourrait favoriser l'apparition de cancers sporadiques de la thyroïde.

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New technologies to probe the global output of the normal and cancer genomes have recently reached widespread use. The resulting genomewide gene expression profiles, e.g, a gene expression measurement per gene and per tissue sample, remain challenging to analyze and interpret, but have already provided new insights into the pathophysiology of cancer and towards personalized care.

In vitro cell culture-based experimental models are used to elucidate cancer onset and progression because experimentation in humans is difficult practically and ethically unacceptable, and because they provide simplified, reproducible and controlled systems to test hypotheses. The thyroid tumors and their in vitro experimental models are particularly suited to compare the molecular phenotypes of experimental models and tumors. From one type of cell, the thyrocyte, at least five distinct benign and malignant tumors can arise. In addition, many immortalized tumor-derived cell lines and primary cultures models of these cells exist.

This thesis has focused on the bioinformatic comparison of these in vitro models to the in vivo tumors, from the point of view of their gene expression profiles, to gain insight into the pathogenesis of thyroid tumors, and of tumors in general.

In a first study, we showed that primary cultures of freshly isolated normal thyroid cells where proliferation and differentiation through the TSHR/cAMP pathway was chronically activated experimentally resemble specifically the autonomous thyroid adenomas, a type of benign thyroid tumor, and provide insight into a general mechanism of tumor progression: the suppression of negative feedbacks that normally restrain excessive cell division.

Subsequently, we found that immortalized thyroid tumor-derived cell lines have converged to a common phenotype regardless of their tumor subtype of origin. A TSHR/cAMP thyroid cell differentiation signature, derived from data obtained for the first study, was used to show that the cell lines were dedifferentiated. Accordingly, we showed that the cell lines resemble most the phenotype of the more dedifferentiated, clinically aggressive anaplastic thyroid cancers.

Finally, using large databases of gene expression profiles publicly available, we extended the comparison of cell lines and tumors to cancers of five other organs: breast, colon, kidney, ovary and lung. We discuss the correct use of these models and advance an hypothesis regarding the nature of the state to which these cells have converged: they could represent a surviving subpopulation of tumors cells, cancer stem cells, capable of initiating and maintaining tumor growth.

As other technologies designed to perturb the genome in experimental models are emerging, careful characterization and validation of the experimental models are needed to extrapolate the results in vivo.

Doctorat en sciences biomédicales
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La thyroïde est une glande endocrine produisant des hormones thyroïdiennes essentielles pour le développement psychomoteur et le métabolisme. Le développement de la thyroïde est indispensable pour une fonction normale. En effet, les dysgénésies thyroïdiennes représentent 85% des hypothyroïdies congénitales, pathologie endocrinienne la plus fréquente chez les nouveau-nés. Nkx2-1, Foxe 1 et Pax8 sont des facteurs de transcription impliqués dans le développement précoce de la thyroïde mais aussi dans sa fonction en se fixant à la thyroglobuline et à la thyroperoxydase. Ces deux facteurs sont indispensables à la synthèse des hormones thyroïdiennes. Des mutations de NKX2-1, FOXE1 et PAX8 ont été retrouvées chez des patients atteints d'hypothyroïdie congénitale. L'étude d'un polymorphisme de FOXE1, un polyalanine, a montré une susceptibilité aux dysgénésies thyroïdiennes en fonction de la longueur du polyalanine. L'étude de mutations de NKX2-1 a montré que les protéines NKX2-1 mutées ont des mécanismes d'action différents, tissus-spécifiques et mutations-spécifiques. Cependant, les mutations retrouvées dans les gènes NKX2-1, FOXE1 et PAX8 représentent moins de 5% des patients atteints de dysgénésies thyroïde. Il est ainsi nécessaire de rechercher de nouveau gène impliqué dans le développement de la thyroïde. L'étude d'un gène nouvellement impliqué dans le développement de la thyroïde, Hes1, a montré que cette cible de la voie Notch, permettait une morphogénèse adéquate et une fonction normale de la thyroïde
The thyroid is an endocrine gland that produces thyroid hormones, which is essential for psychomotor development and metabolism. Its development and morphogenesis are essential for its normal function. Thyroid dysgenesis represents 85% of congenital hypothyroidism and the most common endocrinopathy in newborns. Nkx2-1, Foxe1 and Pax8 are known transcription factors involved in the early development of the thyroid but also in its function by binding to thyroglobulin and to thyroperoxydase promotor. These two genes are essential for synthesis of thyroid hormones. Mutations in NKX2-1, FOXE1 and PAX8 have been found in patients with congenital hypothyroidism. The study of FOXE1 polymorphism, a polyalanine stretch, showed a novel genetic susceptibility to thyroid dysgenesis, depending on the length of polyalanine on FOXEL The study of the NKX2-1 mutations demonstrated that the mutated NKX2-1 protein have tissue-specific and mutation-specific different mechanisms of action. However, only 5% of patients have mutations of PAX8, FOXE1 and NKX2-1, it is necessary to search new gene involving in the thyroid development. The study of a novel transcription factor involved in the thyroid development, Hes1, a target gene of the Notch pathway, showed that Hes1 is necessary to adequate morphogenesis and normal thyroid function

Afin d’assurer les échanges entre ses différents organites, la cellule eucaryote dispose d’un système ingénieux de trafic vésiculaire intracellulaire. Le transport directionnel de divers cargos tels que des organites membranaires et des complexes protéiques est assuré par des moteurs moléculaires auxquels appartiennent les protéines de la superfamille des kinésines (également appelées KIF pour KInesin Family). Celles-ci se servent des microtubules comme rails et se déplacent vers leur extrémité positive. Parmi elles, la kinésine II est composée de KIF3A et KIF3B, deux protéines motrices et de KAP3, une protéine de liaison au cargo à véhiculer. Ce moteur moléculaire est connu pour participer à l’assemblage du cil primaire à la surface des cellules ainsi qu’au trafic plus conventionnel tel que l’acheminement de protéines à la membrane.

Afin d’étudier le rôle précis de la kinésine II dans la glande thyroïde, nous avons invalidé spécifiquement le gène Kif3a dans cet organe chez la souris. Bien que cette inactivation ait conduit à un développement complet du tissu thyroïdien, les souris invalidées présentent une hypothyroïdie congénitale caractérisée par des concentrations sériques élevées de TSH et basses de T4. Par la suite, nous avons mis en évidence une expression fortement diminuée du transporteur d’iodure NIS chez ces souris, causant une déficience en iodure intracellulaire, une iodation insuffisante de la thyroglobuline et une sécrétion anormale de l’hormone T4 dans la circulation sanguine. De plus, ex vivo, nous avons montré que la réponse à la TSH en terme d’AMPc est altérée dans la thyroïde de ces souris. Ces observations nous ont permis d’émettre l’hypothèse que l’invalidation du gène Kif3a spécifiquement dans la glande thyroïde mène à une anomalie dans la voie de signalisation du récepteur de la TSH, en amont de la production d’AMPc. Finalement, in vitro, par l’utilisation de cellules Kif3a-/-, nous avons analysé l’expression à la membrane plasmique et la réponse à un agoniste du récepteur β2 adrénergique, un membre de la même sous-famille de récepteurs couplés aux protéines G que le récepteur de la TSH. De cette façon, nous avons obtenu des données indiquant que le transport de ce récepteur à la surface cellulaire était altéré en l’absence de Kif3a.

Au vu de ces éléments et de ceux de la littérature, nous suggérons que la kinésine II, et plus particulièrement sa sous-unité KIF3A, joue un rôle important dans le transport du récepteur de la TSH nouvellement synthétisé vers la membrane basale de la cellule de la thyroïde.

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La technologie des microarrays est une technique d’analyse d’expression génique à grande échelle qui permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes cellules et différentes conditions physiologiques, pathologiques ou toxicologiques (Shena et al, 2000). Dans notre étude nous avons employé cette technique pour mieux comprendre deux pathologies thyroïdiennes: les carcinomes papillaires (PTC) et les adénomes autonomes hyperfonctionnels.

L’étude des profils d’expression génique de 9 carcinomes papillaires thyroïdiens sporadiques et de 13 carcinomes papillaires post-Chernobyl a été effectuée en utilisant les lames commerciales de Perkin-Elmer (comportant 2400 cDNA) et en les comparant à leurs tissus normaux adjacents. Les PTC post-Tchernobyl constituent une population de cancers à cause bien définie puisqu’ils sont directement reliés à l’exposition du même agent mutagène, pendant une même période. L’étude des profils d’expression indique qu’il n’y a pas de signature génique spécifique permettant de distinguer les carcinomes papillaires sporadiques des post-Tchernobyl. La comparaison de ces profils d’expression à celui obtenu avec 13 adénomes autonomes a permis de mettre en évidence une signature de 6 gènes (créatine kinase B, annexine A1, clusterine, métallothionéine 1x, Fc fragment of IgG binding protein et tissue inhibitor of metalloproteinase 1) séparant les carcinomes papillaires malins des adénomes autonomes bénins.

Nous avons également analysé l’expression génique sur des mélanges de tumeurs et de leurs contrôles respectifs sur des lames à 17000 cDNA fabriquées au MAF (VIB Microarray Facility, Leuven). Un mélange de 14 cancers papillaires sporadiques, un mélange de 20 cancers papillaires provenant de la région de Tchernobyl et un mélange de 5 adénomes autonomes ont été analysés par microarray et comparés aux études existantes comme celles effectuées sur les lames Perkin-Elmer ou par d’autres groupes (Huang et al, 2001 ;Wasenius et al, 2003 ;Jarzab et al, 2005 ;Eszlinger et al, 2004).

De ces données microarray ont résulté des listes de gènes sur- et sous-exprimés dans les tumeurs comparées à leurs tissus normaux adjacents. Plusieurs gènes différentiellement exprimés ont déjà été confirmés dans différentes études réalisées aussi bien dans notre laboratoire que dans d’autres. Nous avons confirmé la modulation de plusieurs gènes intéressants par RT-PCR en temps réel (Taqman) ainsi que certaines modulations au niveau protéique (par Western Blot ou immunohistochimie). L’étude immunohistochimique nous a donné également des informations sur la distribution cellulaire et tissulaire de ces protéines.

La modulation d’expression génique dans ces tumeurs reflète des caractéristiques physiopathologiques connues (comme l’hyperactivité fonctionnelle, la faible augmentation de l’AMPc ou encore la diminution de l’apoptose dans les adénomes autonomes et la dédifférenciation ou l’invasivité dans les carcinomes papillaires), mais elle nous a également permis d’identifier des caractéristiques physiopathologiques jusqu’ici encore inconnues de ces tumeurs (comme la surexpression de la N-cadhérine et la diminution de la cavéoline1, deux marqueurs présumés de malignité, dans les tumeurs bénignes et un changement de population cellulaire aussi bien dans les adénomes autonomes que dans les carcinomes papillaires). Ces études nous ont donc permis de définir des gènes potentiellement importants dans la pathologie des différentes tumeurs étudiées, mais également des nouveaux marqueurs diagnostiques potentiels. Ainsi, l’étude immunohistochimique sur des tissu-arrays nous a permis de confirmer la surexpression de l’annexine A1 dans les carcinomes papillaires et de la créatine kinase B dans les adénomes autonomes et pas dans les autres tumeurs thyroïdiennes étudiées. L’immunomarquage de ces protéines nous a également aidé à définir la malignité d’une série d’adénomes atypiques. L’annexine A1 est un marqueur potentiel particulièrement intéressant car cette protéine n’est fortement exprimée que dans les carcinomes papillaires. Une hypothèse, encore à confirmer, sur sa fonction dans cette pathologie est décrite dans ce travail. Finalement, nous avons émis une hypothèse expliquant la raison pour laquelle les réarrangements Ret/PTC mènent à la formation de carcinomes papillaires, tandis qu’une mutation activatrice de Ras, l’effecteur directe du récepteur à activité tyrosine kinase Ret, mène à la formation de tumeurs folliculaires.
Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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Les tumeurs thyroïdiennes constituent les tumeurs endocrines les plus fréquentes. Parmi celles-ci, on distingue les adénomes, tumeurs bénignes et encapsulées, et les carcinomes, tumeurs malignes. Ceux-ci sont eux-mêmes subdivisés, principalement sur base histologique, en carcinomes papillaires ou folliculaires, qui conservent certaines caractéristiques de différenciation des cellules thyroïdiennes initiales dont ils dérivent, et qui peuvent évoluer en carcinomes anaplasiques, totalement dédifférenciés. Les carcinomes différenciés de la thyroïde sont généralement de bon pronostic, contrairement aux cancers anaplasiques qui sont nettement plus agressifs, avec un taux de survie à 5 ans inférieur à 5%.

La technologie des microarrays permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes cellules et différentes conditions physiologiques, pathologiques ou toxicologiques. Au cours de cette thèse de doctorat, nous avons déterminé le profil d’expression génique des carcinomes papillaires de la thyroïde à l’aide de la technique des microarrays en utilisant une plateforme contenant plus de 8000 gènes. Douze des 26 cancers papillaires étudiés étaient issus de patients habitant la région de Tchernobyl lors de l’explosion de la centrale nucléaire de 1986 et sont considérés comme des cancers radio-induits. Les 14 tumeurs restantes proviennent de patients habitant la France. Leur étiologie n’étant pas connue, ils sont considérés comme des cancers sporadiques.

La réalisation de ces expériences nous a permis d’identifier des signatures moléculaires entre des sous-types de cancers papillaires. Premièrement, nous avons montré que malgré un profil d’expression génique global similaire entre les cancers papillaires sporadiques et radio-induits, une signature multigénique permet de les séparer, indiquant que des subtiles différences existent entre les deux types de tumeurs. Deux autres signatures indépendantes, l’une liée aux agents étiologiques présumés de ces tumeurs (radiation vs. H2O2), l’autre liée aux mécanismes de recombinaison homologue de l’ADN, permettent également de séparer les cancers post-Tchernobyl des cancers sporadiques. Nous avons interprété ces résultats comme une différence de susceptibilité à l’irradiation entre ces deux types de tumeurs. D’autre part, nous avons pu identifier une liste de gènes permettant de séparer les cancers papillaires à variante classique des autres sous-types de cancers papillaires. L’analyse de cette liste de gènes a permis de mettre en relation cette signature avec l’important remodelage de cette variante histologique par rapport aux autres.

Ces expériences ont aussi abouti à l’obtention d’une liste de gènes différentiellement exprimés entre les cancers papillaires et leur tissu normal adjacent. Une analyse minutieuse de cette liste à l’aide d’outils statistiques a permis de mieux comprendre la physiopathologie de ces tumeurs et d’aboutir à différentes conclusions :(1) un changement de population cellulaire est observé, avec une surexpression de gènes liés à la réponse immune, reflétant l’infiltration lymphocytaire de ces tumeurs par rapport au tissu normal adjacent (2) la voie de signalisation JNK est activée par surexpression de ses composants (3) la voie de signalisation de l’EGF, également par une surexpression de ses composants, complémente les altérations génétiques des cancers papillaires pour l’activation constitutive de la voie ERK1/2 (4) une sousexpression des gènes de réponse précoce est observée (5) une surexpression de nombreuses protéases, d’inhibiteurs de protéases et de protéines de la matrice extracellulaire permet d’expliquer l’important remodelage des cancers papillaires (6) le profil d’expression génique des cancers papillaires peut être corrélé avec un mode de migration collectif de ces tumeurs.

Finalement, dans la dernière partie de la thèse, nous avons déterminé le profil d’expression génique des cancers anaplasiques de la thyroïde et l’avons comparé à celui des cancers papillaires. Nous avons montré que les deux types de tumeurs présentent des profils moléculaires globaux distincts, reflétant leur comportement tumoral très différent.

Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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La progression dans le cycle cellulaire est gouvernée par l’activation séquentielle d’une série de complexes cycline/CDK. La CDK4 initie le passage du point de restriction (point R, à partir duquel l’achèvement du cycle cellulaire devient indépendant des facteurs extracellulaires) en phosphorylant les protéines « antioncogéniques » de la famille pRb. Dans les thyrocytes de chien en culture primaire, l’AMPc (TSH ou forskoline) induit la prolifération et la différenciation alors que la voie mitogénique des facteurs de croissance (l’EGF, par exemple) est associée à une dédifférenciation. Dans ce modèle physiologiquement relevant, la stimulation mitogénique par l’AMPc diffère des cascades des facteurs de croissance puisqu'elle n’induit pas les cyclines D mais au contraire augmente l’accumulation de l’inhibiteur de CDK p27 kip1. Le contrôle positif du cycle cellulaire par l’AMPc requiert néanmoins l’activité de la CDK4. L’AMPc stimule l’assemblage des complexes cycline D3-CDK4 ainsi que leur translocation nucléaire associée à leur liaison à p27. Notre but était d’élucider les différents mécanismes menant au passage du point de restriction dans les cellules épithéliales thyroïdiennes stimulées par l’AMPc ou les facteurs de croissance.

Dans ce travail, nous montrons que l’arrêt de la stimulation des thyrocytes de chien par l’AMPc entraîne une diminution rapide de la phosphorylation de pRb et de l’activité de la CDK4 sans affecter la formation des complexes cycline D3-CDK4-p27. Par une approche utilisant le haut pouvoir de résolution de l’électrophorèse bidimensionnelle, nous avons identifié la phosphorylation activatrice de la CDK4 comme cible du contrôle par l’AMPc du passage du point de restriction. Ceci constitue un premier exemple d’une régulation de la phosphorylation et de l’activité de la CDK4 indépendante de son association avec une cycline ou un inhibiteur de CDK. Ces résultats contrastent avec l’absence de modulation d’expression, de localisation subcellulaire et d’assemblage des complexes cycline H-CDK7-Mat1, la CAK considérée comme responsable de la phosphorylation activatrice de la CDK4. Ceci suggère que les CAKs régulées activant la CDK4 n’ont pas encore été identifiées.

D’autre part, alors que la TSH induit une accumulation de p27, nous montrons à présent que l’expression de la p21 apparentée est augmentée par l’EGF + sérum et réprimée par la TSH. En réponse à l’EGF + sérum ou à la TSH, respectivement, la p21 ou la p27 supportent la localisation nucléaire, la phosphorylation et l’activité de la CDK4. Les « inhibiteurs » de CDK p21 et p27 pourraient donc être utilisés différentiellement comme régulateurs positifs de la CDK4 lors des stimulations des cellules épithéliales thyroïdiennes de chien par la TSH (p27) ou par l’EGF + sérum (p21).

Nous avons également montré que les complexes cycline D1-CDK4 et cycline D3-CDK4 phosphorylent pRb sur des sites partiellement différents. Cette nouvelle observation a été reproduite pour des complexes cycline D-CDK4 surexprimés en cellules CHO ainsi que pour des complexes exprimés de manière endogène dans différents types cellulaires. Cette différence de spécificité de substrat entre la cycline D1 et la cycline D3 conduit à différents profils de phosphorylation de pRb dans les thyrocytes de chien stimulés par la TSH ou les facteurs de croissance, ce qui est dû à l’utilisation préférentielle de la cycline D3 dans les thyrocytes stimulés par la TSH alors que les facteurs de croissance induisent surtout la cycline D1. Comme différentes fonctions de pRb sont régulées par phosphorylation sur différents résidus, ce résultat indique que les complexes cycline D1-CDK et cycline D3-CDK pourraient affecter de manière partiellement différente la fonction de cette protéine.

Enfin, nous avons comparé les stimulations mitogéniques par la TSH ou l’EGF + sérum dans les thyrocytes humains normaux en culture primaire. En accord avec leurs modulations différentes, la cycline D3 et la cycline D1 sont utilisées différentiellement dans les voies mitogéniques stimulées par la TSH ou l’EGF + sérum respectivement. De plus, ce système nous a permis de confirmer la régulation de l’activité de la CDK4 au niveau de sa phosphorylation activatrice comme mécanisme déterminant de la réponse mitogénique.

Doctorat en sciences biomédicales
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La thyroïde capte et concentre l’iodure afin de produire les hormones thyroïdiennes T3 et T4. L’iodure est capté au pôle basolatéral du thyrocyte par le symporteur Na+/I- (NIS) et transporté jusqu'au pôle apical de la cellule où il est oxydé par la thyroperoxydase (TPO). La forme oxydée de l’iodure se lie à des résidus tyrosyls de la thyroglobuline (Tg), contenue dans la thyroïde, qui couplés donneront naissance à la T3 et la T4. L’iodation et le couplage sont possibles grâce à la thyroperoxydase et à la présence d’un système générateur d’H2O2. Celui-ci est composé des protéines à sept hélices transmembranaires Duox1 et Duox2 présentant 83% de similitude de séquence entre elles et possédant deux motifs EF-hand ainsi qu’un site de liaison au FAD et quatre sites de liaison au NADPH. Dans la thyroïde humaine, l’ARN messager de Duox2 est plus exprimé que celui de Duox1. Jusqu'il y a peu de temps, nous n'avions à notre disposition aucun anticorps spécifique de l’une ou l’autre des Duox. Il n'était donc pas possible de déterminer si cette différence d’expression se retrouve au niveau protéique. Les PCCl3 sont une lignée de thyrocytes de rat possédant un système générateur d’H2O2 fonctionnel. Contrairement aux cultures primaires de thyrocytes humains, ces cellules peuvent être transfectées facilement. L’introduction de siRNAs spécifiques de Duox1 ou Duox2 de rat, via des vecteurs plasmidiques, a permis de démontrer que le peroxyde d’hydrogène produit par les PCCl3 est principalement généré par Duox1. En effet, l’inhibition de l’expression de Duox1 est directement corrélée à la diminution de production d’H2O2. Cette inhibition n’interfère pas avec d’autres fonctions de la cellule thyroïdienne puisque les cellules invalidées pour Duox1 sont toujours capables de capter l’iodure. De plus, la réintroduction de l’expression de Duox1 par transduction lentivirale permet de restaurer la production de peroxyde d’hydrogène.

Faute d’une maturation correcte des protéines Duox à la membrane plasmique, il a longtemps été impossible de reconstituer un système générateur d’H2O2 actif par transfection de Duox1 et/ou Duox2 en système hétérologue. En 2006, les protéines activatrices des protéines Duox1 et Duox2, respectivement appelées DuoxA1 et DuoxA2, ont été identifiées. Leur co-expression avec les enzymes Duox permet à ces dernières de migrer à la membrane et d’être actives. La distribution tissulaire des protéines DuoxA est parallèle à celle des Duox. La découverte des protéines activatrices a permis d’étudier spécifiquement la régulation de l’activité de Duox1 et de Duox2. La production d’H2O2 de Duox1 est positivement régulée par la voie de l’AMPc via des phosphorylations par la protéine kinase A (PKA). La génération d’H2O2 de Duox2 est sous le contrôle de la voie des phosphatidylinositols-Ca2+ conduisant à l’activation de la protéine kinase C (PKC). L’activation de Duox2 est également corrélée à une modification de l’état de phosphorylation de la protéine. Dans les thyrocytes humains, le récepteur de la TSH est couplé aux protéines Gs et Gq/11. La TSH liée à son récepteur est donc capable d’activer la voie de l’AMPc et la voie des phosphatidylinositols-Ca2+. Dans les thyrocytes humains en culture primaire, l’activation de la PKA et de la PKC mène également à une augmentation de la phosphorylation des protéines Duox.

En conclusion :1) Duox1 est majoritairement responsable de la production d’H2O2 dans la lignée de thyrocytes de rat PCCl3 ;2) l’activité de Duox1 humain co-exprimé avec son activateur en cellules Cos-7 est régulée positivement par la voie de l’AMPc via des phosphorylations par la PKA ;3) l’activité de Duox2 humain co-exprimé avec son activateur en cellules Cos-7 est stimulée par la voie des phosphatidylinositols-Ca2+ via des phosphorylations par la PKC ;4) les thyrocytes humains expriment les deux protéines Duox. La production d’H2O2 est augmentée suite à l’activation de la voie de l’AMPc et de la voie des phosphatidylinositols-Ca2+. Les protéines Duox sont phosphorylées au niveau basal et cette phosphorylation est augmentée suite à l’activation de la PKA ou de la PKC.

Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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A l’issue d’un accident nucléaire, les produits de fission de l’uranium tel les iodes radioactifs sont dispersés dans l’environnement. L’homme est susceptible d’être exposé à ces éléments majoritairement via l’inhalation d’air et/ ou l’ingestion d’aliments contaminés. L’iode 131 est connu pour être responsable de l’augmentation de l’incidence du cancer de la thyroïde. Une des contremesures pour prévenir cette pathologie est l’ingestion de dose unique de comprimés d’iodure de potassium (KI) à fin de saturer la glande thyroïde par de l’iode stable et d’éviter ainsi l’accumulation de l’iode radioactif. Les scénarios de rejets réitérés d’iodes radioactifs lors des deux accidents majeurs Tchernobyl et Fukushima ont mis en évidence les limites de cette mesure, des prises répétées de KI pour protéger dans le temps les populations s’avèrent nécessaires. Dans la littérature on dispose de peu de données clinique et préclinique sur la prise répétée d’iode stable, quant à son usage ça n’a pas été décrit. La doctrine iode ainsi que l’autorisation de mise sur le marché (AMM) du KI envisage seulement la prise unique à renouveler exceptionnellement chez la population adulte. L’iode est connu pour être un élément clé de la fonction thyroïdienne, on jouant un double rôle à la fois de substrat de régulateur de la thyroïde. Si sa présence est indispensable à la formation des hormones thyroïdienne, son excès exerce un effet inhibiteur transitoire de cette synthèse connu sous le nom de l’effet Wolff-Chaikoff. Les hormones thyroïdiennes jouent un rôle majeur dans le développement et la fonction de presque tous les organes du corps (cerveau, cœur, os...), la moindre variation de leurs niveau peut impacter l’homéostasie du corps. Ainsi, il est difficile d’appliquer la prise répétée du KI en absence connaissances biologiques et toxicologiques. Pour combler ses lacunes et proposer une solution de prophylaxie répétée en cas d’exposition réitérée, le programme de recherche français PRIODAC : PRophylaxie répétée par l’IODe stable en situation ACcidentelle (ANR/RSNR), dont fait partie cette thèse vise à exploiter les modalités d’administration répétées du KI chez toutes les tranches d’âge (in utero, adulte et âgé), et d’évaluer la toxicologie de la prise répétée de KI sur les grandes fonctions physiologiques de l’organisme. Trois modèles de rats Wistar ont fait l’objet de ce travail de thèse : le modèle de référence rat adulte (âgé de 3 mois), le modèle à risque, organisme en développement (exposé durant la gestation) et un autre modèle à risque le rat âgé (âgé de 12 mois), ces trois modèles ont reçus 8 prise consécutive de KI 1mg/kg/24h. Les effets biologiques de ce traitement pendant 8 jours ont été évalués à long-terme (30 jours post-prophylaxie). Concernant, le modèle de référence ont n’a pas observé d’impact néfaste à long-terme de la prise répétée du KI (Lebsir, Cohen et al. 2018; Lebsir, Manens et al. 2018) par contre sur les modèles à risque plusieurs effets à long-terme ont été mis en évidence. Chez la progéniture exposée in utero, la coordination motrice ainsi que l’expression de quelques gènes clés du cerveau ont été négativement modifiées par le traitement. Chez le rat âgé la biochimie clinique, l’expression de quelques gènes clés de la fonction cardiovasculaire ainsi que le système rénine-angiotensine-aldostérone ont été significativement impacté par le traitement. En conclusion, les résultats obtenus montrent l’innocuité sur le plan toxicologique du KI administré à 1mg/kg toutes les 24h pendant 8 jours chez le modèle adulte et la nocuité de ce schéma prophylactique chez les modèles à risque in utero et âgé. Ces résultats ont été communiquées à la pharmacie centrale des armées (producteur et détentrice de l’AMM) afin de servir de données d’entrée pour des études de bonne pratique de laboratoire notamment pour le modèle adulte et également, afin de contribuées à l’évolution de la doctrine de l’iode en terme de radioprotection
Following nuclear accidents, uranium fission products such as radioactive iodines are released into the environment. Humans are likely to be exposed to these elements mainly through inhalation of air and / or ingestion of contaminated food. Iodine 131 is known to be responsible for increasing the incidence of thyroid cancer. One of the available countermeasures is the ingestion of a single dose of potassium iodide (KI) tablets to saturate the thyroid gland with stable iodine and thus prevent the uptake of the radioactive isotope.Repeated releases of radioactive iodine during the two major accidents Chernobyl and Fukushima have highlighted the weaknesses of this measure, repeated intake of KI maybe necessary. In the literature there is little clinical and preclinical data on the repeated intake of stable iodine, regarding its use it has not been described. The iodine doctrine as well as the Marketing Authorization (MA) of the KI considers only the single taking, to renew exceptionally in the adult population. Iodine is known to be a key component of thyroid function, playing a dual role as both a substrate and a regulator of the thyroid. If its presence is essential for the synthesis of thyroid hormones, its excess exerts a transient inhibitory effect on this synthesis known as the Wolff-Chaikoff effect. Thyroid hormones affect the development and function of almost all organs of the body (brain, heart, bone ...), the slightest variation in their level can impact the homeostasis of the body. Hence, the toughness of applying repeated KI intake in the absence of biological and toxicological data. To fill this gap and find a solution in the event of repeated exposure, the French research program PRIODAC: repeated potassium iodide prophylaxis in accidental situation (ANR / RSNR), of which this thesis is part, aims to define the modalities of repeated administration of KI in all age groups (in utero, adult and elderly), and evaluate the biological consequences on the the body’s major physiological functions. Three models of Wistar rats were used in this work: the reference model adult rat (3 months), the first sensitive model offspring (exposed during gestation) and another sensitive model the older rat (12 months ), these three models received 8 consecutive intake of KI 1mg / kg / 24h. And the effects were assessed at long-term (30 days post-prophylaxis). On the reference model, there was no long-term adverse impact of repeated KI intake (Lebsir, Cohen et al. 2018; Lebsir, Manens et al. 2018). On the other hand, sensitive models reveal several long-term effects; the offspring exhibited impaired motor coordination and variation of the expression of some key brain genes. And in the elderly rat urinary biochemistry, expression of some key genes of the cardiovascular function, as well as the renin-angiotensin-aldosterone system were significantly impacted by the treatment. In conclusion, the results obtained show the toxicological safety of KI administered at 1 mg / kg every 24 hours for 8 days in the adult model, and the harm of this prophylactic scheme in sensitive models in utero and elderly. These results were sent to the French central pharmacy of armies and will serve as input data for good laboratory practice studies that eventually will contribute to the evolution of the iodine doctrine and KI MA

La thèse s’inscrit dans un projet de recherche global visant à caractériser les tumeurs thyroïdiennes sur le plan moléculaire, afin de mieux comprendre leur physiopathologie et afin d’identifier des biomarqueurs (signatures moléculaires) qui pourront être utilisés pour le diagnostic, le pronostic et leur traitement. Parmi celles-ci, nous distinguons les adénomes autonomes (AA) et folliculaires (FTA) tumeurs bénignes encapsulées, et les carcinomes, tumeurs malignes. Ceux-ci sont eux-mêmes subdivisés en carcinomes différenciés, folliculaires (FTC) ou papillaires (PTC), et peuvent évoluer en carcinomes anaplasiques (ATC), totalement dédifférenciés. Un autre type de tumeurs bénignes différenciées, très rares, existe: l’hyperthyroïdie non auto-immune familiale (FNAH). Ces tumeurs sont causées pour la plupart par des mutations qui activent de manière constitutive des cascades de signalisation, essentiellement la cascade de l’AMPc et la cascade des MAPK. Le but de notre thèse était de valider un système expérimental in vitro des PTC, d’étudier les profils d’expression génique des FNAH et de les comparer avec ceux des AA, et de définir les profils ARNm et miRNA des ATC pour les comparer à ceux des PTC pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Pour réaliser ces objectifs, nous avons utilisé la technologie des microarrays qui permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes conditions. Nous avons donc utilisé une approche multidisciplinaire alliant une partie expérimentale et une partie bioinformatique.

La première partie du travail a consisté à réaliser un modèle d’étude in vitro pour caractériser les PTC au niveau moléculaire. A cet effet, des cultures primaires de thyrocytes ont été traitées avec de l’EGF et du sérum pendant différents temps (1,5h, 3h, 16h, 24h et 48h) ce qui stimule la cascade des MAPK, activée constitutivement dans les PTC. Nous avons hybridé sur des lames microarrays maison les différents échantillons et nous avons montré que les cultures primaires stimulées pendant des temps longs (24h et 48h) ont des profils d’expression génique qui ressemblent à ceux des PTC et constituent donc un bon modèle d’étude de cette tumeur.

La seconde partie a pour objectif de définir les phénotypes moléculaires et fonctionnels des FNAH et de les comparer aux AA. Ces deux pathologies résultent d’une mutation dans le récepteur de la TSH (TSHR) activant de manière constitutive la cascade de l’AMPc. Dans le cas des FNAH, la mutation est héréditaire et toute la glande est affectée contrairement aux AA où la mutation survient plus tard, généralement à l’âge adulte, et où seule une partie de la glande est affectée. Nous avons comparé le profil d’expression génique des FNAH avec celui des AA, par hybridation sur des lames microarrays HEEBO. L’intégration de ces différentes données montre que les AA et les FNAH sont deux sous-types différents de la même maladie: l’hyperthyroïdie génétique. Les caractéristiques de chacun de ces sous-types dépendent de l’intensité de la mutation, du nombre de cellules initialement affectées et du stade de développement au moment duquel la mutation survient.

Dans la dernière partie de ce travail, nous avons caractérisé les ATC au niveau du profil d’expression des ARNm et des miRNA par hybridation respectivement sur lames Affymetrix ou sur lames miRNA maison et au niveau de leur état mutationnel du gène p53. Le profil d’expression génique des ATC a été comparé avec celui des PTC afin de mettre en évidence des gènes différentiellement exprimés entre les 2 types de cancers, que nous avons ensuite tenté d’invalider par siRNA, dans un modèle in vitro de lignée cellulaire thyroïdienne dérivée d’un ATC (8505C). Les résultats obtenus jusqu’ici ne sont malheureusement pas prometteurs. Le profil d’expression des miRNA nous a permis d’identifier une signature de 34 miRNA caractéristique des ATC.

Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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La thyroïde est une glande endocrine importante pour le contrôle du métabolisme, le développement et la croissance des mammifères. Sa fonction est stimulée par la « Thyroid Stimulating Hormone » (TSH) mais inhibée par une forte élévation de l’iode plasmatique. Cette inhibition par l’iode a été décrite il y a plus de 70 ans, mais la compréhension des mécanismes sous-jacents reste partielle et controversée. La mise en place de l’effet inhibiteur de l’iode nécessite la génération de composants intermédiaires iodés dont la nature est inconnue. La première partie de cette thèse a eu pour objectif d’étudier si des protéines iodées pourraient avoir un rôle dans la régulation de la thyroïde par l’iode. En combinant le marquage radioactif, l’électrophorèse bidimensionnelle et la spectrométrie de masse, nous avons mis en évidence dans des cellules en culture une iodation spontanée de la Peroxyrédoxine 6 (PRDX6). Nous avons ensuite identifié les positions d’iodation sur la protéine PRDX6 et évalué leurs effets sur son activité enzymatique. De plus, nous avons montré qu’une diminution de l’expression de la PRDX6 par « Short hairpin RNA » amplifie la diminution de la capacité de captation d’iode induite par un excès d’iode. Sur la base de ces résultats, nous proposons que la PRDX6 exerce un rôle protecteur vis-à-vis d’une exposition aiguë à l’iode. Les résultats obtenus apportent des connaissances originales dans le mécanisme de la régulation thyroïdienne par l’iode et dévoilent un nouveau rôle potentiel de cette peroxydase dans la thyroïde. La deuxième partie de cette thèse a consisté à développer des approches en métabolomique pour les appliquer dans les études sur des dysfonctionnements ou des lésions de la thyroïde. Pour ce faire, nous avons utilisé la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse pour mesurer la variation des métabolites dans les cellules ou les tissus. Grâce à l’exposition à des perturbateurs thyroïdiens d’une lignée de cellules thyroïdiennes de rat, nous avons identifié une liste de métabolites iodés comme étant de potentiels marqueurs d’exposition aux perturbateurs thyroïdiens. Par la suite, grâce aux prélèvements congelés de lésions thyroïdiennes dont le diagnostic de nature avait été réalisé en histologie, nous avons construit un modèle de classification supervisée (de type OPLS-DA) basé sur les données métabolomiques pour discriminer les lésions bénignes des malignes. Les variations des métabolites déterminants pour cette classification indiquent une altération au niveau du cycle de Krebs, du métabolisme du glutathion et du métabolisme des bases puriques. En outre, nous avons montré qu’une liste restreinte de métabolites suffit pour établir un modèle de discrimination statistiquement significatif. Ces résultats ouvrent la possibilité d’affiner le diagnostic sur les prélèvements de cytoponction en ciblant uniquement ces métabolites. Ces approches en métabolomique ont également été appliquées à l’étude d’autres types de tumeurs, notamment la classification des sous-types histologiques de carcinomes du rein
Thyroid function is stimulated by the thyroid-stimulating hormone TSH while inhibited by iodide. The inhibition of thyroid function by an excess of circulating iodide was first reported more than 70 years ago but our understanding of the underlying molecular mechanisms remains unclear. The inhibitory effect of iodide is due to the presence of oxidized iodide in the thyrocytes and the subsequent generation of iodinated intracellular signaling molecules. The first part of this thesis aimed to study the potential role of iodinated proteins in thyroid regulation by iodide. By combining radioactive labeling, two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry, we showed that the cytosolic enzyme, peroxiredoxin 6 (PRDX6), is spontaneously iodinated in cultured cells in the presence of iodide. We identified the iodinated amino acids in the PRDX6 sequence and studied the effect of the iodination on the protein’s activity. In addition, decreased expression of PRDX6 by short hairpin RNA led to increased cell iodide uptake loss induced by excess iodide. Based on our findings, we propose that PRDX6 is involved in the cellular responses to excess iodide. This novel function for PRDX6 provides new insights into the molecular mechanisms underlying acute regulation by iodide.The second part of this thesis aimed to develop metabolomics approach in the studies of thyroid disruptors and thyroid cancers. To this end, we analyzed metabolite variations in various samples using LC-MS (Liquid chromatography-Mass spectrometry). Firstly, in rat thyroid cell line exposed to different thyroid disruptors, we identified a list of iodinated metabolites, which could serve as potential biomarkers for thyroid disruptor screening. Secondly, we analyzed frozen specimens from thyroid nodules previously diagnosed by histology. Our data allowed us to build a multivariate classification for the discrimination of benign and malignant thyroid nodules. We also detected various metabolic dysregulations in malignant thyroid nodules, including the TCA cycle, the glutathione metabolism and the purine metabolism. Accurate classification was possible by using only a short list of metabolites, allowing for future LC-MS-based thyroid nodule diagnosis on fine-needle aspiration biopsies. Finally, we showed that metabolomics approach could also be helpful for the characterization of other tumors

Les espèces réactives de l’oxygène ont initialement été identifiées comme des produits délétères dérivés du métabolisme aérobie. Il est maintenant accepté que ces espèces sont produites de manière régulée par des enzymes et interviennent dans des fonctions cellulaires telles que la défense immunitaire, la signalisation intracellulaire, la biosynthèse des hormones et la modification de matrice extracellulaire. Les NADPH (Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate) oxydases (NOX) forment une famille d’enzymes transmembranaires capables de former de l’anion superoxyde (O2.-) par transfert d’électrons du NADPH à l’oxygène moléculaire (O2). DUOX1 et DUOX2 sont deux des sept membres composant cette famille qui génèrent directement de l’H2O2 comme produit de réduction de l’O2.

Initialement clonés à partir de la thyroïde dans notre laboratoire, les ADNc codant pour les protéines DUOX ont été identifiées dans d’autres tissus, comme par exemple la prostate ou l’épithélium respiratoire où DUOX1 est majoritaire. DUOX2 se retrouve également dans les glandes salivaires, dans la muqueuse rectale et tout le long du tractus digestif. D’autre part, un orthologue de DUOX, appelé Udx1, a été identifié en 2004 au niveau de la membrane ovocytaire chez l’oursin. Dans chacun de ces tissus, l’H2O2 produit par les protéines joue un rôle clef.

Le mécanisme d’activation de DUOX dans tous ces tissus n’a été identifié que récemment. En effet, pour être exprimé sous forme active à la surface cellulaire, les protéines DUOX nécessitent un facteur de maturation spécifique. Ces facteurs, appelés DUOXA1 et 2 pour « DUOX activator », suivent l’expression tissulaire de leur DUOX respectif. Nous avons montré que la région COOH-terminale de DUOXA1 est responsable de l’activité génératrice d’H2O2 de DUOX1. DUOX2 peut produire de l’H2O2 ou de l’O2.-. L’extrémité NH2-terminale de DUOXA2 est critique dans cette activité et détermine le type de dérivé oxygéné produit. Dans notre système, DUOXA2 n’est pas détecté à la surface cellulaire, sauf en cas de modification de son extrémité amino-terminale par l’addition d’un épitope. DUOXA1 peut être exprimé à la membrane plasmique mais sa présence n’est pas nécessaire au sein du complexe formé avec DUOX pour que ce dernier soit actif. Les facteurs de maturation jouent donc un rôle de protéine chaperonne, induisant la maturation et la translocation d’une protéine DUOX active à la surface cellulaire.

Dans la thyroïde, l’H2O2 produit par les protéines DUOX constitue le cofacteur de la thyroperoxydase catalysant l’oxydation de l’iode et le couplage de sa forme oxydée sur des résidus tyrosines de la thyroglobuline menant in fine à la synthèse des hormones thyroïdiennes T3 et T4 et leur relarguage dans la circulation sanguine. Plusieurs mutations dans le gène DUOX2 ont déjà été décrites chez des patients atteints de dyshormonogenèse transitoire ou permanente. Nous avons mis en évidence qu’une inactivation totale de la protéine DUOX2 était compatible avec un état hypothyroïdien peu sévère et transitoire, indiquant l’intervention probable de DUOX1 dans la synthèse des hormones thyroïdiennes. Le défaut génétique identifié est composé d’une délétion génomique partielle d’un allèle associée à une mutation faux-sens (G1518S) sur l’autre allèle du patient hypothyroïdien. Cette mutation, située dans le site catalytique de l’enzyme, mène à une abolition de l’activité de l’enzyme qui est néanmoins exprimée partiellement à la surface cellulaire.

Les messagers des DUOX ont été identifiés récemment dans les tractus digestif et respiratoire. Le rôle joué par l’H2O2 dans ces tissus semble avant tout être un rôle de défense contre les micro-organismes en mettant en jeu la lactoperoxydase oxydant le thiocyanate en composé bactéricide actif. Nous avons montré que l’H2O2 produit par DUOX exerce un effet répulsif sur les bactéries. En effet, l’invasion de cellules CHO exprimant de manière stable DUOX2 et DUOXA2 par Salmonella Typhimurium est diminuée lorsque la production d’H2O2 de ces cellules est stimulée. Cet effet répulsif constituerait un rôle primordial pour DUOX au niveau des muqueuses respiratoire et digestive.

Lors de la fertilisation, une explosion respiratoire a lieu et de l’H2O2 est produit. Cet H2O2 fourni à l’ovoperoxydase permettrait la formation d’une enveloppe rigide autour de l’ovocyte, bloquant ainsi l’entrée de spermatozoïdes surnuméraires. Ce phénomène a été largement étudié dans l’ovocyte d’oursin, dans lequel la NADPH oxydase responsable de la production d’H2O2 a été caractérisée: il s’agit de Udx1, l’orthologue de DUOX. Chez les mammifères, le phénomène existe mais le mécanisme est en grande partie inconnu. Nous avons montré que les ARNm des DUOX sont exprimés dans l’ovocyte humain ;ceci nous permet d’émettre l’hypothèse que l’inhibition de la polyspermie chez l’homme pourrait être similaire à celle de l’oursin.

Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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