Дисертації з теми "Cancer papillaire de la thyroïde (PTC)"

Une des propriétés majeures de la thyroïde est de capter l’iode de la circulation sanguine grâce à la présence d’un transporteur d’iodure (NIS pour Natrium Iodide Symporter). Cette capacité d’accumulation d’iode par les thyrocytes joue un rôle clé dans la synthèse des hormones thyroïdiennes ainsi dans le diagnostic et le traitement des cancers de la thyroïde. Cependant, en raison d’une diminution ou de l’absence de l’expression du NIS dans certaines tumeurs et métastases, des patients deviennent réfractaires à la radiothérapie métabolique et présentent une radiorésistance, causant ainsi un problème de santé publique.L’oncogène BRAFV600E, un puissant activateur de La voie MAP kinase, est détecté dans 40 - 60% des cancers thyroïdiens de type papillaires (CPT) qui représentent 80% de la totalité des cancers thyroïdiens. La mutation BRAFV600E est associée aux tumeurs thyroïdiennes les plus agressives. Cependant l’inhibition pharmacologique de la voie MAP kinase induite constitutivement par l’oncogène BRAFV600E ne permet pas, à elle seule, de rétablir l’expression du NIS chez des patients atteints d’un cancer de la thyroïde muté BRAFV600E. Ceci suggère que d’autres mécanismes compensatoires peuvent contribuer à la radiorésistance. Une étude récente menée sur un modèle murin a montré que la régulation négative du NIS par l’oncogène BRAFV600E est médiée par la voie du TGF beta. Une autre a montré que l’expression du NIS serait dépendante de l’état redox de la cellule, suggérant un rôle des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Dans les cellules les ROS peuvent être produites par les NADPH oxydases (NOX/DUOX). La thyroïde en exprime trois : DUOX2 nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes ainsi que DUOX1 et NOX4 dont le rôle physiologique reste inconnu. NOX4, surexprimé dans les CPTs, a été montré être un nouvel effecteur clé de la voie du TGF beta dans d’autres cancers.Dans mon projet de thèse, je me suis intéressée à l’étude du rôle de NOX4 dans la régulation négative du NIS dans les CPT mutés BRAFV600E. L’étude du mécanisme, réalisée à partir de deux lignées humaines issues de cancers papillaires mutés pour BRAF (BCPAP et 8505C), a permis d’établir que l’oncogène BRAFV600E contrôle l’expression de NOX4 au niveau transcriptionnel via la voie TGF-beta/Smad3. Ces résultats ont été validés sur une lignée de rat exprimant de manière conditionnelle BRAFV600E ainsi que sur des thyrocytes humains en culture primaire. De manière importante, l’utilisation d’antioxydants tels que le N-acetyl cystéine (NAC) ou l’inhibition spécifique de l’expression de NOX4 par ARN interférence permet de réinduire l’expression du NIS. Ces résultats qui montrent que les ROS produites par NOX4 inhibent l’expression du transporteur de l’iode (NIS) établissent un lien entre l’oncogène BRAFV600E et NOX4. Une analyse comparative de l'expression de NOX4 effectuée à partir de 500 cancers papillaires de la thyroïdes mutés ou non pour BRAF (données TCGA) confirme que NOX4 est significativement augmenté dans les cancers porteurs de la mutation BRAF et que ceci est corrélé à une diminution de l’ARNm du NIS. Par ailleurs, le niveau de NOX4 est inversement corrélé au score de différenciation thyroïdien, suggérant que NOX4 pourrait être impliqué dans le processus de dédifférenciation. Cette étude ouvre une nouvelle opportunité pour l’optimisation de l’utilisation de la radiothérapie métabolique dans le traitement des cancers thyroïdiens réfractaires à l’iode I131 et présente NOX4 comme une cible thérapeutique potentielle
One of the major properties of the thyroid is iodine uptake from the bloodstream through an iodide transporter (NIS for Natrium Iodide Symporter). This capacity plays a key role in the thyroid hormones synthesis, but also in both diagnosis and treatment of thyroid cancer. However, due to a decrease or absence of the NIS expression in some tumors and metastases, patients become refractory to the metabolic radiotherapy and present a radioresistance, which cause a public health problem.The BRAFV600E oncogene, a potent activator of the MAP kinase pathway, is detected in 40-60% of papillary thyroid cancer (PTC), which represent 80% of total thyroid cancers. The BRAFV600E mutation is associated with the more aggressive thyroid tumors. However, the pharmacological inhibition of the MAP kinase pathway, constitutively induced by the BRAFV600E oncogene, is not able to restore alone the expression of NIS in patients with BRAFV600E mutated thyroid cancer. This suggests that other compensatory mechanisms may contribute to the radioresistance. A recent study in a mouse model demonstrated that downregulation of NIS by BRAFV600E oncogene is mediated through the TGF beta activation. An other showed that the expression of NIS is dependent on the redox status of the cell, suggesting a role for the reactive oxygen species (ROS). In cells, ROS can be produced by the NADPH oxidases (NOX/DUOX). The Thyroid gland expresses three of them: DUOX2, which is necessary for the thyroid hormones synthesis, but also DUOX1 and NOX4 whose the physiological role remains unknown. NOX4, which is overexpressed in the PTCs, has been shown to be a new key effector of the TGF beta pathway.In my thesis project, I was interested in studying the role of NOX4 in the negative regulation of NIS in BRAFV600E mutated CPT. The study of the mechanism, made from two human cell lines derived from BRAF-mutated papillary thyroid cancers (BCPAP and 8505C), has revealed that the oncogene BRAFV600E controls the expression of NOX4 at the transcriptional level via the TGF-beta/Smad3 pathway. These results were validated on both a rat thyroid cell line conditionnaly expressing BRAFV600E and on human thyrocytes in primary culture. Importantly, the use of antioxidants such as N-acetyl cysteine (NAC) or specific inhibition of NOX4 expression by RNA interference allow reinduction of NIS expression. These results, which show that ROS produced by NOX4 inhibit the expression of iodine transporter (NIS), establish a link between the oncogene BRAFV600E and NOX4. A comparative analysis of the NOX4 expression, made from 500 papillary thyroid cancers mutated or not for BRAF (TCGA data), confirms that NOX4 is significantly increased in BRAF-mutated cancers and that this is correlated with a decrease of NIS mRNA. Furthermore, the level of NOX4 is inversely related to thyroid differentiation score, suggesting that NOX4 might be involved in the dedifferentiation process. This study opens a new opportunity for optimizing the use of metabolic radiotherapy in the treatment of thyroid cancers refractory to radioiodine I131and makes NOX4 as a potential therapeutic target

La radiothérapie métabolique à l'iode radioactif est la pierre angulaire du traitement des métastases à distance des cancers différenciés de la thyroïde. Cette thérapie est basée sur l'expression à la membrane basale des thyrocytes du transporteur de l'iode appelé NIS pour « Natrium Iodide Symporter ». La mutation BRAFV600E est présente dans 45 à 60 % des cancers papillaires de la thyroïde qui représentent 80% des cancers thyroïdiens. La présence de cette mutation est associée aux tumeurs thyroïdiennes les plus agressives avec un faible niveau ou une absence d'expression du NIS. La perte de la captation d'iode radioactif se traduit par la résistance à la radiothérapie métabolique constituant un enjeu majeur pour le traitement des patients atteints de ce cancer. L'une des approches pour le traitement des patients réfractaires à la radiothérapie métabolique consiste à augmenter l'absorption de l'iode.Au niveau transcriptionnel, notre équipe a déjà montré, à travers une analyse comparative qui porte sur environ 500 PTCs de la base de données TCGA, que NOX4 est fortement exprimée dans les PTCs-BRAFV600E comparativement aux PTCs-BRAFwt. Néanmoins, au niveau protéique, aucun lien n'a été établie entre la mutation BRAFV600E et NOX4 dans les tumeurs malignes et non malignes (BRAFV600E/BRAFwt). Dans mon projet de thèse, nous illustrons pour la première fois une corrélation positive entre la présence de la mutation BRAFV600E et la surexpression de la protéine NOX4 dans les tissus tumoraux PTCs. La surexpression de NOX4 est associée au caractère agressif des tumeurs. De plus, nous avons montré que 60% des C-PTCs infiltrant surexpriment NOX4 indépendamment du statut mutationnel de BRAF, ce qui suggère que NOX4 pourrait être considérée comme un co-marqueur potentiel de l'agressivité des PTCs. De manière intéressante la protéine NOX4 était également surexprimée dans les maladies thyroïdiennes non malignes (les Basedow, goitres et hyperplasies) avec différentes localisations subcellulaires, suggérant un rôle de NOX4 dans la progression vers la malignité thyroïdienne.Par ailleurs, sur le plan mécanistique, notre équipe a précédemment montré que BRAFV600E contrôle l'expression de NOX4 sous l'effet de TGF-β /SMAD3 et que les ERO dérivées de NOX4 contribuent à la répression du NIS. L'inhibition de NOX4 favorise la réactivation du NIS. Cette réversibilité suggère une contribution à un mécanisme épigénétique. CHD4, une sous-unité du complexe du remodelage NuRD, joue un rôle important dans la répression des gènes. Elle est fortement exprimée dans les PTCs dans lequel elle est associée à un mauvais pronostic. Dans cette étude, nous avons montré que la voie TGF-β/SMAD3 régule l'expression de la protéine CHD4. Cette dernière coopère avec les DNMTs dans la répression du NIS dans plusieurs lignées thyroïdiennes tumorales mutées pour BRAFV600E. Par ailleurs, nous montrons que CHD4 répond aux dommages oxydatifs à l'ADN induites par les ERO dérivés de NOX4. En effet, l'inhibition de NOX4 ou de son partenaire fonctionnel p22phox, induit une diminution du recrutement de CHD4 à la chromatine. Ce recrutement est dépendant d'OGG1 et MSH6, deux protéines impliquées dans la réparation des dommages oxydatifs à l'ADN. Cette étude identifie CHD4 en tant que nouvelle cible thérapeutique dans les tumeurs thyroïdiennes réfractaires à la radiothérapie métabolique
Metabolic radiotherapy with radioiodine is the cornerstone of the treatment of distant metastases of differentiated thyroid cancers. This therapy depends on the expression at the basal membrane of thyrocytes of the Natrium Iodide Symporter 'NIS'. BRAFV600E mutation is present in 45 to 60% of papillary thyroid carcinomas, which represent 80% of thyroid cancers. The presence of this mutation is associated with the most aggressive thyroid tumors with low levels or absence of NIS expression. The loss of radioactive iodine uptake translates into resistance to metabolic radiotherapy, constituting a major issue for the treatment of patients with this cancer. One approach for treating patients refractory to metabolic radiotherapy is to increase iodine uptake.At the transcriptional level, our team has already shown, through a comparative analysis concerning approximately 500 PTCs from the TCGA database, that NOX4 was strongly expressed in PTCs-BRAFV600E compared to PTCs-BRAFwt. However, at the protein level, no link has been established between the BRAFV600E mutation and NOX4 in malignant and non-malignant tumors (BRAFV600E/BRAFwt). In my thesis project, we illustrate for the first time a positive correlation between the presence of BRAFV600E mutation and the overexpression of NOX4 protein in PTC tumor tissues. The overexpression of NOX4 was associated with an aggressive nature of tumors. Furthermore, we showed that 60% of infiltrating C-PTCs overexpress NOX4 independently of BRAF mutational status, suggesting that NOX4 could be considered as a potential co-marker of PTC aggressiveness. Interestingly, NOX4 protein was also overexpressed in non-malignant thyroid diseases (Basedow, goiters, and hyperplasias), with different subcellular localizations, suggesting a role for NOX4 in progression to thyroid malignancy.Furthermore, on a mechanistic level, our team has previously shown that BRAFV600E controls the expression of NOX4 under the effect of TGF-β/SMAD3 and that NOX4-derived ROS contribute to the repression of NIS. Inhibition of NOX4 promotes reactivation of the NIS. This reversibility suggests a contribution to an epigenetic mechanism. CHD4, a subunit of the NuRD remodeling complex, plays an essential role in gene repression. it was found to be strongly expressed in PTCs, in which it was associated with a poor prognosis. In this study, we showed that the TGF-β/SMAD3 pathway regulates the expression of CHD4 protein. The latter cooperates with DNMTs in repressing NIS in several thyroid tumor cells lines mutated for BRAFV600E. Furthermore, we showed that CHD4 responds to oxidative DNA damage induced by NOX4-derived ROS. Indeed, inhibition of NOX4 or its functional partner p22phox reduces the recruitment of CHD4 to chromatin. This recruitment depends on OGG1 and MSH6, two proteins involved in oxidative DNA damage repair. This study identifies CHD4 as a new therapeutic candidate in radioiodine-refractory thyroid cancers

Le cancer papillaire de la thyroïde (PTC) est celui le plus fréquent de la thyroïde. Il est caractérisé par des réarrangements chromosomique affectant le gène RET, dont les plus fréquemment observés sont RET/PTC1 et RET/PTC3. Les oncogène de jonction sont spécifiques à la tumeur et représentent une cible privilégiée pour une thérapie ciblée par des petits ARN interférents (siRNA). Notre but est d’introduire une nouvelle approche pharmacologique par siRNA pour les PTC. Pour réaliser nos expériences, la lignée cellulaire humaine PTC, BHP10-3 SCmice exprimant l’oncogène RET/PTC1 a été utilisé. En absence de lignée RET/PTC3 commercialisée nous avons établi la lignée cellulaire RP3 (stablement transfecté la lignée NIH/3T3 issue de fibroblastes de souris par un vecteur d’expression RET/PTC3) qui s’est avérée tumorigène chez la souris. Ensuite, des siRNAs dirigés contre la jonction ont été dessinés. Les siRNAs ont été trouvés efficaces et spécifiques contre leurs propres oncogènes de jonction et ne sont pas capables d'inhiber l'expression de séquences alternées. Les siRNAs ont été vectorisés sous forme de nanoparticules (NPs) de squalène (SQ). In vitro, les NPs siRNA RET/PTC1-SQ et NPs siRNA RET/PTC3-SQ sont incapables d’inhiber l’expression de l’oncogène et l’oncoprotéine sauf transfectés par lipofectamine. Pour cela, un peptide, le GALA-Chol a été combiné aux NPs siRNA RET/PTC1-SQ ce qui les a rendu efficace in vitro dans l’inhibition de l’oncogène et de l’oncoprotéine mais inefficace sur la croissance tumorale in vivo probablement par agrégation des NPs siRNA RET/PTC1-SQ GALA-Chol dans la circulation sanguine. En revanche les NPs siRNA RET/PTC1-SQ (0.5mg/kg/souris) et NPs siRNA RET/PTC3-SQ (2.5mg/kg/souris) sont efficaces in vivo, ils inhibent considérablement la croissance tumorale, réduisent l’expression des oncogènes et des oncoprotéines RET/PTCs, induisent la mort cellulaire par clivage de la caspase-3 et de PARP-1 et restaurent partiellement la différenciation (diminution de marqueur Ki67). Ces résultats suggèrent l'utilisation des NPs siRNAs-SQ en tant que traitement pour les patients atteints de PTC exprimant les oncogènes de jonctions RET/PTCs
Papillary thyroid carcinoma (PTC) is the most common of thyroid cancers. PTC is characterized by chromosomal rearrangements affecting chromosome 10 and leading to RET/PTC junction oncogenes. The most frequent ones are RET/PTC1 and RET/PTC3. Because the junction oncogenes are present only in the tumour cells, they represent a good target for a specific therapy such as small interfering RNA (siRNA). Our aim is to introduce a new pharmacological approach by siRNA for PTC. To perform the experiments, human BHP10-3 SCmice cell line expressing RET/PTC1 was used. Due to absence of commercially available RET/PTC3 cell line, we established a new RP3 cell line (from NIH/3T3 mouse fibroblasts, transfected stably with the RET/PTC3 expression vector) which was found to become tumorigenic in nude mice. siRNAs were designed within the junction sequences of both RET/PTC1 and RET/PTC3. Both siRNAs were found efficient and specific against their own junction oncogenes and were not able to inhibit the expression of alternate sequences. Then, siRNAs were vectorized in the form of nanoparticles (NPs) of squalene (SQ). In vitro, both siRNA RET/PTC1-SQ NPs and siRNA RET/PTC3-SQ NPs were found to be inefficient in gene and protein inhibitions except once transfected with lipofectamine. Therefore, a peptide GALA-Chol was added in siRNA RET/PTC1-SQ NPs which rendered them efficient in vitro in gene and protein inhibitions but found to be inefficient in vivo. The nanoparticles of siRNA RET/PTC1-SQ NPs (0.5 mg/kg/mouse) and siRNA RET/PTC3-SQ NPs (2.5 mg/kg/mouse) were found to drastically reduce the tumor growth and RET/PTCs oncogene and oncoprotein expressions. Moreover, they induced cell death by cleavage of both caspase-3 and PARP-1 and partially restored differentiation (decrease of Ki67 marker). Our findings highly support the use of siRNAs-SQ NPs as a treatment for patients affected by PTC expressing RET/PTCs

Papillary Thyroid Cancer (PTC) is the most common thyroid cancer accounting for 80% of all cases. The prognosis is good, with 5-year survival rates of 95%, but in some cases the tumour behaves in an aggressive manner characterized by local recurrence and/or metastasis, processes contributed to by angiogenesis. Angiogenesis is an essential physiologic activity involved in normal tissue biology and several pathologic conditions such as cardiac failure, and cancer. During carcinogenesis, tumour cells secrete pro-angiogenic factors to initiate angiogenesis. Angiogenesis also causes the migration of endothelial cells from pre-existing vessels to improve nutrient and oxygen delivery to tumours, angiogenesis has a key role in tumour growth and metastasis. Vascular endothelial growth factor (VEGF) has a pivotal role in the control of angiogenesis, aggressiveness in thyroid cancers. The endothelins (ETs) are a family of genes inducing DNA synthesis and cellular growth in different cells, affecting vascular tone and angiogenesis. ET-1 has a direct effect on neoplastic cells by inducing cellular proliferation, migration as well as invasion and inhibition of apoptosis. ET-1 induces VEGF expression by increasing hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) stimulation.
Thesis (PhD Doctorate)
School of Medical Science
Griffith Health
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L’intérêt d’utiliser des nanoparticules en tant que vecteurs de siRNAs est leur capacité à protéger ces derniers de la dégradation par les nucléases et également de leur permettre d’être délivrés au niveau de leur cible thérapeutique. Afin d’appuyer cette théorie, ce travail s’est concentré sur le modèle du carcinome papillaire de la thyroïde. Dans le but de mettre en place une formulation médicamenteuse, une séquence de siRNA ciblant spécifiquement l’oncogène ret/PTC1 impliqué dans le développement de ce cancer a été identifiée. Sous forme de siRNA et également de shRNA, cette séquence a montré une efficacité à inhiber l’expression du gène ret/PTC1 in vitro et in vivo chez la souris. Pour permettre une administration intraveineuse du siRNA actif, ce dernier a été associé à un vecteur constitué par des nanoparticules de type cœur-couronne. Ces nanoparticles à cœur de poly(cyanoacrylates) d’alkyles sont recouvertes par du chitosan qui permet d’adsorber le siRNA. Certaines formulations du siRNA vectorisé ont montré une très bonne efficacité antitumorale après avoir été injectées chez la souris par voie intratumorale et également par voie intraveineuse. Enfin, un modèle d’étude de la fonctionnalisation de la surface des nanoparticules a été proposé en vue d’apporter une spécificité de ciblage des cellules tumorales au vecteur développé
At first, the aim of this work was to identify an efficient sequence of siRNA against the ret/PTC1 oncogene involved in the development of papillary thyroid carcinoma. This sequence was shown to down-regulate the expression of ret/PTC1 oncogene in vitro and in vivo in mice after administration as a siRNA and after integration in a shRNA. As a second goal of this work, the active siRNA was formulated in nanoparticulate formulations to allow in vivo administration in mice bearing model ret/PTC1 tumor by intratumoral and intravenous routes. Some formulations of the vectorized siRNA were found efficient to reduce tumor growth including after intravenous administration. In the last part of this work, a methodology was developed to add cell recognition properties to the nanoparticles to further improve their targeting specificity toward the tumor cells

Le carcinome papillaire de la thyroïde (PTC) représente 80% des tumeurs de la thyroïde et se caractérise principalement par un oncogène de fusion RET/PTC1 et par l’expression de TTF-1. La voie Wnt/β-caténine est particulièrement étudiée en raison de ses rôles multiples notamment au cours du développement. Elle a aussi été très étudiée dans de nombreux cancers et joue un rôle fondamental. Le but des travaux de thèse a été de montrer le rôle de ces voies afin de justifier une approche thérapeutique ciblée. Nos travaux montrent que TTF-1 est un gène régulé par la voie Wnt/β-caténine dans le PTC. De plus, nous avons pu construire un siRNA spécifique et efficace contre la jonction RET/PTC1 qui a été vectorisé sous forme de nanoparticules de squalène pour une utilisation in vivo. Nous avons également montré un effet inducteur du siRNA RET/PTC1 sur TTF-1 qui devrait être pris en considération dans le cas d’une utilisation thérapeutique dans des PTC agressifs ou résistants
The papillary thyroid carcinoma (PTC) represents 80% of thyroid tumors and is characterized by a RET/PTC1 fusion oncogene (60-70% of cases) and the expression of the TTF-1 transcription factor. This factor leads to the expression of specific proteins of the thyroid as thyroglobulin and is found in many papillary cancers. The Wnt /β-catenin pathway is particularly studied because of its multiple roles in particular during development. It has also been extensively studied in many cancers and plays a fundamental role. These pathways were the subject of the work and the aim of the thesis was to show their roles and justify a targeted therapeutic approach. Our studies show that TTF-1 gene is regulated by the Wnt /β-catenin pathway in the PTC. In addition, we designed a specific and effective siRNA against the RET/PTC1 junction. The siRNA was vectorized with nanoparticles of squalene for a therapeutic use. We also showed that the siRNA induce TTF-1 expression and could be considered in the case of its therapeutic use in aggressive or resistant PTC

Le cancer papillaire de la thyroïde (CPT) est la tumeur endocrine la plus fréquente. Des anomalies moléculaires activant la voie des MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases) sont identifiées, de façon mutuellement exclusive, dans environ 70% des cas. Il s’agit de réarrangements chromosomiques, le plus souvent de type RET/PTC (10%), de mutations ponctuelles activatrices des trois isoformes de l’oncogène RAS (H, N et K-RAS) (10%), ou de l’oncogène B-RAF (50%). La mutation « hot spot » B-RAFV600E est la plus fréquemment identifiée, elle est associée à une plus grande agressivité clinique (diagnostic à un stade tardif, risque de récidives et de décès accru). Ces évènements moléculaires ont pour conséquence commune l’activation de la voie des MAPK, se traduisant en aval par la phosphorylation de MEK (Mitogen-activated Extracellular signal-Regulated Kinase) puis de ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase). Cette dernière est régulée négativement par des phosphatases, appartenant à la famille des Dual Specificity Phosphatases (DUSPs), d’expression ubiquitaire, et en particulier de deux phosphatases spécifiques de ERK, l’une cytoplasmique (DUSP6) et l’autre nucléaire (DUSP5). Nous avons fait l’hypothèse que ces phosphatases pouvaient être soit des gènes suppresseurs de tumeurs (leur perte d’expression conduisant à une augmentation de phosphorylation de ERK et une prolifération accrue), soit des marqueurs du degré d’activation de la voie MAPK dans le cadre d’une boucle de rétrocontrôle négatif. Ceci nous a conduits à analyser la régulation et l’expression de ces phosphatases dans trois modèles : la lignée cellulaire PCCL3 (thyroïde de rat), exprimant l’un des trois principaux oncogènes mutés dans les CPT (RET/PTC3 ou H-RASV12 ou B-RAFV600E) sous le contrôle d’un promoteur inductible par la doxycycline, des lignées cellulaires humaines dérivant de CPT et des CPT humains. (...)
Papillary thyroid cancer (PTC) is the most common endocrine malignancy. Mutually exclusive and activating alterations of the MAPK pathway (Mitogen-Activated Protein Kinases) are identified in 70% of cases. Common mutations found in PTCs are point mutation of the B-RAF (50%) and RAS genes (10%) as well as RET/PTC chromosomal rearrangements (10%). The hot spot B-RAFV600E mutation is the most frequently alteration identified and is connected with agressive clinical characteristics (high stage at diagnosis, high recurrence risk and death). These molecular events lead to constitutive activation of the MAPK pathway, resulting in MEK (Mitogen-activated Extracellular signal-Regulated Kinase) and ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase) phosphorylation. ERK is negatively regulated by phosphatases and among them, Dual Specificity Phosphatases (DUSPs), ubiquitary expressed, in particular two ERK-specific phosphatases DUSP5 (nuclear) and DUSP6 (cytosolic). We hypothesized that these phosphatases could have tumor supressor properties (i.e. their loss would be associated with an increase in MAPK pathway activation) or may serve as a surrogate marker of MAPK pathway activation in the context of a negative feedback loop. We analysed regulation and expression of both phosphatases in 3 models: three PCCL3 cell lines (rat thyroid cells) expressing one of the most common oncogene identified in PTCs (RET/PTC3 or H-RASV12 or B-RAFV600E) under the control of a doxycycline-inducible promoter, human PTC-derived cell lines and human PTC. We demonstrated that MAPK pathway activation was correlated with induction of DUSP5 and DUSP6. These phosphatases are involved in a negative feedback loop that contributes to a tight regulation of phospho-ERK levels. DUSP5 and DUSP6 mRNA are overexpressed in human PTCs, especially in B-RAF mutated tumors suggesting a higher MAPK signaling output in these agressive PTCs. Silencing of DUSP5 and/or DUSP6 by small interfering RNA does not affect proliferation of human B-RAFV600E thyroid carcinoma-derived cell lines, suggesting the lack of tumor suppressor gene role. Compensatory changes in expression of DUSPs when a specific one is inactivated may explain this lack of effect. On the opposite, a DUSP6 pharmacological inhibitor induced a concentration dependent decrease in proliferation of human B-RAFV600E cells, suggesting « off-target » effect of this inhibitor. In a second part, we analysed the regulation of DUSP5 expression, which is a target of the MAPK pathway activation. We demonstrated, using pharmacological inhibitors, that DUSP5 is an early response gene, regulated mostly by the MAPK pathway, at the transcriptional level. Two contiguous CArG boxes that bind serum response factor (SRF) were found in a 1Kb promoter region, as well as several E twenty-six transcription factor family binding sites (EBS). These sites potentially bind Elk-1, a transcription factor activated by ERK1/2. Using wild type or mutated DUSP5 promoter reporters, we demonstrated that SRF plays a crucial role in serum induction of DUSP5 promoter activity, the proximal CArG box being important for SRF binding in vitro and in living cells. Moreover Elk-1 was bound in vitro to a promoter region containing the proximal CArG box and a putative EBS. Its specific binding to SRF was necessary to elicit promoter response to dominant positive Elk-VP16 and to enhance the response to serum stimulation. Altogether our results suggest that the MAPK pathway is more active in B-RAFV600E PTC than in PTC with other genetic alteration and could explain their clinical agressivity. DUSP5 and DUSP6, as well as phosphorylated MEK, are markers of activation of the MAPK pathway. Neither phosphatase has tumor suppressor properties in our thyroid cancer cell models. Our results suggest redundancy and functional compensation among DUSPs. (...)

Rôle de la NADPH oxydase NOX4 dans la régulation de l'expression du symporteur sodium/iode (NIS) dans le cas du cancer papillaire de la thyroïde (PTC). L’activation autocrine de la voie TGF-β induite par BRAFV600E régule négativement l’expression du symporteur sodium/iode (NIS) via une production de ROS dépendante de la NOX4 dans le cancer papillaire de la thyroïde. Résumé : Le cancer papillaire de la thyroïde (PTC) est la pathologie thyroïdienne la plus répandue. Les mutations ponctuelles de BRAF sont retrouvées dans 40 à 60 % des cas de PTC. La transversion BRAFT1799A est la mutation de BRAF la plus fréquente. Les tumeurs porteuses de la mutation BRAFV600E sont souvent associées avec une diminution significative de l’expression du transporteur sodium/iode (NIS). Les résultats cliniques sur les patients atteints d’un cancer de la thyroïde porteur de la mutation BRAFV600E ont montré que l’inhibition de la voie MAPK ne permet pas de rétablir de manière assez importante l’expression du NIS induite par BRAFV600E. L’expression de BRAFV600E induit la sécrétion de TGF-β fonctionnel, qui inhibe l’expression des protéines thyroïdiennes impliquées dans le métabolisme de l’iode, et particulièrement le NIS. La NOX4 est surexprimée dans un nombre croissant de tumeurs, et particulièrement dans les cas de PTC. Dans le cas du cancer du sein, les mécanismes critiques pour le développement du cancer impliquent la régulation par le TGF-β de la NOX4 au niveau transcriptionnel via le facteur de transcription Smad3. Ces données nous mènent à considérer la NOX4 comme un candidat sérieux pour le rôle de système générateur de ROS contrôlé par la boucle autocrine TGF-β induite par BRAFV600E. Dans cette étude, nous avons tout d’abord observé une corrélation entre la présence de l’oncogène BRAFV600E, la surexpression de la NOX4 et l’inhibition de l’expression du NIS dans les cancers papillaires de la thyroïde. Puis, en utilisant la lignée BCPAP comme modèle in vitro de PTC, nous avons démontré BRAFV600E contrôle l’expression de la NOX4 et de la p22phox par l’intermédiaire de la signalisation TGF-β/Smads. La boucle TGF-β induite par BRAFV600E induit l’expression de la NOX4 et de la p22phox au niveau transcriptionnel via phosphorylated SMAD3. L’expression constitutive de la NOX4 et de la p22phox, qui forment ensemble un complexe NADPH oxydase fonctionnel, contribue au stress oxydatif observé dans les cellules BCPAP. Le traitement des cellules BCPAP par des scavengers de ROS comme le N-acetyl cysteine (NAC) et le Tiron permettent d’augmenter l’expression du NIS au niveau transcriptionnel et de rétablir l’expression d’une protéine fonctionnelle permettant la captation d’iode, ce qui indique que les ROS sont impliqués dans l’inhibition de l’expression du NIS. L’inhibition spécifique de la NOX4 par siRNA permet de réinduire l’expression de l’ARN messager et de la protéine NIS. Ces résultats montrent pour la première fois que les ROS produits par la NOX4 jouent un rôle critique dans l’inhibition de l’expression du NIS induite par BRAFV600E via la signalisation TGF-β/SMAD3
BRAFV600E induced-TGF-β secretion down-regulates sodium iodide symporter (NIS) expression via NOX4-dependent ROS generation in papillary thyroid carcinoma. Abstract : Papillary thyroid cancer (PTC) is the most common thyroid pathology and BRAF point mutations account for 40-60% of tumors. BRAFT1799A is the most frequent BRAF mutation and BRAFV600E positive tumors are often associated with a significant loss of sodium/iodide symporter (NIS) expression. Clinical results on patients harboring thyroid cancer with BRAF mutation have recently shown that MAPK pathway inhibition does not fully reverts the BRAF-induced NIS repression. BRAFV600E expression induces secretion of functional TGF-β which is a repressor of thyroid specific genes such as NIS. Importantly, NOX4 has been shown to be prominently expressed in an increasing number of tumors, in particular in PTCs. In breast cancer cells, a critical mechanism for cancer development involves the transcriptional regulation of NOX4 by TGF-β. This result prompted us to test NOX4 as a ROS-producing candidate induced by BRAF-induced TGF-β. In this report, we first show in PTCs a correlation between BRAFV600E status, NOX4 overexpression, and low NIS expression level. Then, using BCPAP cells as an in vitro PTC model, we demonstrate that BRAFV600E controls NOX4 and p22phox expression via TGF-β signalling. The TGF-β autocrine loop activated by BRAFV600E induces NOX4 and p22phox expression at the transcriptional level via phosphorylated SMAD3. Both constitutively expressed proteins form a functional NADPH oxidase which produces high intracellular ROS levels. ROS scavengers increase the NIS expression at both mRNA and protein levels, and rescue a functional NIS, indicating that ROS are involved in the repression of NIS. Knocking down NOX4 with specific siRNAs reinduces NIS expression at both mRNA and protein levels. Altogether, these results show for the first time that NOX4-dependent ROS generation has a critical role in BRAF-induced NIS repression via the TGF-β/SMAD3 oncogenic signalling

La radiothérapie métabolique à l’iode 131 (RMI) constitue le traitement principal des cancers différenciés de la thyroïde (CDT). Cette thérapie métabolique est basée sur l’expression à la membrane basale des cellules thyroïdiennes, du transporteur de l’iode (NIS) codé par le gène SLC5A5. La mutation driver BRAFV600E est présente dans 40 à 60% des CDTs. Les cancers papillaires de la thyroïde (CPTs) localement avancés et métastatiques arborant cette mutation sont de faible pronostic. BRAFV600E est un puissant activateur de la signalisation MAPK conduisant à un processus de dé-différenciation associé à la répression du gène SLC5A5 et à la résistance à la RMI. La captation de l’iode constitue un challenge majeur pour le traitement des patients. Une nouvelle approche thérapeutique consiste en une stratégie de re-différenciation des cellules thyroïdiennes. Nos études précédentes ont montré́ que BRAFV600E contrôle l’expression de la NADPH oxydase (NOX4) et que les ROS générées par cette dernière répriment le gène SLC5A5. L’inhibition de NOX4 ré-induit l’expression du NIS et cette réversibilité́ suggère une contribution à un mécanisme épigénétique. L’objectif de la thèse était de déterminer les évènements moléculaires et mécanistiques induits par NOX4 qui contribuent à la répression des gènes impliqués dans la différenciation thyroïdienne et dans l’efficacité́ de la radiothérapie métabolique. Nos résultats montrent que NOX4 génère des dommages oxydatifs à l’ADN, lesquels favorisent la rétention d’acteurs épigénétiques tels que les DNMTs via une interaction avec les protéines de réparation de l’ADN, perturbant ainsi la fixation à l’ADN des facteurs de transcription de la différenciation thyroïdienne PAX8 et NKX2.1, et empêchant la transcription de gènes de manière prolongée. Nous démontrons aussi un effet des inhibiteurs de BRAF/MEK utilisés en clinique sur le mécanisme épigénétique dépendant de NOX4 et un intérêt clinique de l’inhibition de cette dernière conjointement à l’inhibition de BRAF/MEK dans la réexpression des gènes de la différenciation thyroïdienne
The radioiodine therapy (RAI) constitutes the main treatment for differentiated thyroid cancer (DTC). This metabolic radiotherapy is based on the expression at thyroid cell basal membrane of the iodine transporter (NIS) encoded by SLC5A5 gene. BRAFV600E oncogene driver mutation is present in 40 to 60% of DTC. Locally advanced and metastatic papillary thyroid cancer (PTC) harboring BRAFV600E mutation have poor prognosis. BRAFV600E oncogene is a strong activator of MAPK signaling leading to a dedifferentiation process, which is associated with SLC5A5 gene repression and radioiodine therapy refractoriness. The RAI uptake constitutes a major challenge for treatment of patients and in this sense a new therapeutic approach consists of thyroid cell redifferentiation strategy. Our previous studies showed that BRAFV600E controls the NADPH oxidase (NOX4) expression and NOX4- derived ROS repress SLC5A5 gene. NOX4 inhibition reinduces NIS expression and the reversibility suggests a contribution to an epigenetic mechanism. The objective of the thesis was to determine the molecular and mechanistic events induced by NOX4-derived ROS that contribute to the repression of genes involved in differentiation process and in the efficiency of metabolic radiotherapy. Our results showed that NOX4 generates specific oxidative damage to DNA, which promotes the retention of epigenetic actors such as DNMTs through interaction with DNA repair proteins, thereby disrupting the DNA binding of thyroid differentiation transcription factors, PAX8 and NKX.2.1, and preventing gene transcription for prolonged periods. We also demonstrated an effect of BRAF/MEK inhibitors used clinically in NOX4- dependant epigenetic mechanism and a clinical interest of NOX4 inhibition in addition to BRAF/MEK inhibition in thyroid differentiation gene reinduction

Le symporteur Na+/I- (NIS) médie le captage de l'iode dans la glande thyroïde et cette propriété est exploitée depuis de nombreuses années en thérapeutique pour traiter les cancers différenciés de la thyroïde à l’iode radioactif 131 (Radiothérapie métabolique ou RAI). Cependant, 5 à 10% des patients deviennent réfractaires à la RAI, ce qui indique un mauvais pronostic. La réduction de l'expression NIS et son internalisation sont caractéristiques de ce processus. La mutation activatrice BRAFV600E est la plus fréquemment identifiée au sein des cancers différenciés de la thyroïde de type papillaires (CPT), qui est le type le plus répandu. Dans les thyrocytes de souris, BRAF muté induit la sécrétion de TGF qui active ensuite la voie Smad ce qui entraîne la répression du NIS. La NADPH oxydase 4 (NOX4), enzyme génératrice d’espèces réactives de l'oxygène (ROS), est un médiateur clé de la signalisation du TGFß dans de nombreux types cellulaires et sa surexpression a été détectée dans le cancer de la thyroïde. L'objectif de ce travail est d'évaluer si NOX4 est un médiateur de la répression NIS induite par BRAFV600E dans des lignées cellulaires thyroïdiennes. En utilisant une lignée cellulaire de thyroïde normal de rat (PC-BRAF), nous avons démontré que le TGF-β ou l'expression BRAFV600E promeut la diminution de l'ARNm NIS ainsi que celle du captage de l'iodure en revanche ils augmentent l’expression de l'ARNm NOX4. Le silençage de Nox4 par siRNA ou un traitement des cellules par SIS3, un inhibiteur de pSmad3, inhibe la répression du NIS médiée par BRAFV600E, indiquant l'implication de la voie Smad3 et de Nox4 dans cette répression. Dans la lignée tumorale BCPAP derivée d’un CPT humain et porteuse de la mutation BRAFV600E, nous avons également observé une augmentation de l'expression de l'ARNm NIS lorsque BRAFV600E ou NOX4 sont inhibés. Dans les cellules BCPAP, un traitement par H2O2 augmente l'expression de la protéine ADN méthyltransférase 1 (DNMT1) dans la fraction cellulaire enrichie en protéines liées à la chromatine. Un traitement par des antioxydants ou le silençage de NOX4 réduise ce recrutement. Le TGF augmente le niveaux de protéines DNMT1 dans la fraction cellulaire enrichie en chromatine, lequel qui est renversé par un traitement par un inhibiteur de NADPH oxydase : le Diphenyleneiodonium (DPI). La méthylation de l'ADN induite par le TGF et l'hypoacétylation de l'histone H3K9/K14, qui sont des marques de répression de la transcription, sont détectées au niveau du promoteur NIS. L’ensemble de ces données suggère que Nox4 est un acteur clé de la signalisation TGF-BRAFV600 et joue un rôle répressif sur l'expression du NIS, probablement par des mécanismes épigénétiques. Cette étude apporte des données fonctionnelles pour le développement de nouveaux outils thérapeutiques
The co-transporter Na+/ I- (NIS) mediates iodide uptake in thyroid gland which is a key step in hormonal biosynthesis. Iodide accumulation by thyrocytes is the basis of radioiodine therapy (RAI) which is the standard post-surgery therapeutic approach to efficiently eliminate remaining cancer lesions and metastasis of differentiated thyroid cancer (DTC). However, 5-10% of DTC patients become RAI-refractory which is indicative of poor prognosis. Reduced NIS expression and NIS internalization are in this process. BRAFV600E mutation is the most common genetic event in papillary thyroid cancers (PTCs), the most prevalent type of DTC. In rat thyrocytes, BRAFV600E induces secretion of TGFβ that activates Smad pathway resulting in NIS downregulation and overexpression of TGFβ is associated with NIS repression in patients. NADPH oxidase NOX4, a professional reactive oxygen species (ROS) generating enzyme, is a key mediator of TGFβ signaling in many cell types and has been previously demonstrated to be overexpressed thyroid cancers. To better understand the molecular mechanisms involved in PTC loss of iodine avidity, the aim of this work is to evaluate whether NOX4 is a key player of BRAFV600E-mediated NIS repression in thyroid cell lines. Using a normal rat thyroid cell line (PC-BRAF) we demonstrated that TGF-β administration or expression of BRAFV600E resulted in reduced NIS mRNA, reduced iodine uptake and increased NOX4 mRNA expression. NOX4 silencing or treatment with SIS3 an inhibitor of Smad pathway partially inhibited NIS repression indicating the implication of both Smad pathway and NOX4. To confirm this results we used a human thyroid cancer cell lines that harbors BRAFV600E mutation (BCPAP and 8505c) and observed an increase in NIS expression followed by BRAFV600E or NOX4 downregulation. Exogenous H2O2 induced DNA methyl-transferase 1 (DNMT1) enrichment in tight-chromatin protein fraction which was decreased by antioxidants or NOX4 silencing in BCPAP cells. TGF increased DNMT1 protein levels in chromatin-enriched cell fraction which was reversed by NADPH oxidase inhibitor, Diphenyleneiodonium (DPI). TGF-mediated DNA methylation and histone H3K9/K14 hypoacetylation were detected in NIS promoter, which is a repressive transcriptional mark. The data obtained suggest that NOX4 is a mediator of BRAFV600-TGF signaling and has a repressive role over NIS expression probably through epigenetic mechanisms. These results should lead to a better understanding of NIS expression regulation in thyroid cancer, bringing functional data for the development of new therapeutic tools

Adaptor proteins play a vital role in the propagation of cellular signals. Although they lack endogenous catalytic activity, they contain a variety of protein binding modules, which enable them to promote specific and efficient interactions with their binding partners. They form integrative platforms for a variety of molecules (e.g. lipids, tyrosine kinases, cytoskeletal and signaling proteins), and thereby link and coordinate key functions such as cell growth, motility and shape determination. Our laboratory has recently cloned a novel, 130 kDa adaptor protein, named XB130, as a structural homolog of actin-filament-associated-protein (AFAP-110), a stress fiber-binding Src substrate. However, the molecular interactions and functions of this novel adaptor remained to be elucidated. To characterize the function of XB130 we asked two general questions: (1) Is XB130 involved in the signal transduction pathways of tyrosine kinases? And (2) Is XB130 capable of regulating the cytoskeleton and/or is it regulated by the cytoskeleton? To address these questions first we investigated the tissue distribution of XB130 and discovered that it is abundantly expressed in thyroid. Therefore we asked whether it is a target of the thyroid-specific tyrosine kinase, RET/PTC, a genetically rearranged, constitutively active enzyme that plays a pathogenic role in papillary thyroid cancer. We found that XB130 is a RET/PTC substrate that couples RET/PTC signaling to phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) activation through its phosphorylation dependent interaction with the regulatory subunit p85 of PI3K. XB130 plays an important role in PI3K signaling, as downregulation of XB130 in TPC1 papillary thyroid cancer cells, harboring the RET/PTC1 kinase, strongly reduced Akt activity and concomitantly inhibited cell cycle progression and survival in suspension. In the second part we demonstrate that XB130 is a novel Rac- and cytoskeleton-regulated protein that exhibits high affinity to lamellipodial (branched) F-actin and impacts motility and invasiveness of tumor cells. In conclusion, my work characterized a novel adaptor protein and assigned two well-defined pathophysiological functions to it in the context of thyroid cancer cells.