Дисертації з теми "Gliomes – Radiothérapie"

Une radiothérapie efficace nécessite un dépôt de dose localisé à la tumeur, et donc un contraste entre le tissu tumoral et les tissus sains environnants. Une irradiation de basse énergie monochromatique au synchrotron d'une tumeur chargée en éléments lourds permet de maximiser l'interaction photoélectrique dans la tumeur et d'épargner les tissus sains, car les photoélectrons et les électrons Auger produits ont un TEL très élevé et déposent leur énergie autour des éléments lourds, augmentant fortement le dépôt de dose. Ils peuvent induire des dommages à l'ADN (cassures double brin) fortement létaux. Un autre phénomène permet également de promouvoir l'émission d'électrons Auger et d'augmenter ainsi la dose, l'effet Mössbauer. Cette interaction résonante et sans recul spécifique à certains isotopes dont le 57Fe présente une section efficace 450 fois plus importante que celle de l'effet photoélectrique. Ce travail de doctorat a évalué l'utilisation in vitro de nanoparticules de magnétite combinées à ces deux effets physiques. Les nanoparticules présentent une internalisation et une distribution dans les cellules F98 qui sont très propices à la radiosensibilisation : de grandes concentrations proches du noyau des cellules, et peu de toxicité ont été obtenues. Ceci a permis d'obtenir par photoactivation des NPFe un facteur d'augmentation de 3 ce qui est considérable. Ce travail multidisciplinaire rassemble des expériences de physique, de biologie et de chimie, pour évaluer les applications de nanoparticules de fer à la radiothérapie
An efficient radiotherapy needs a localized dose to the tumour, which means a high contrast between tumorous and healthy tissues. A synchrotron low energy monochromatic irradiation of a tumour charged in high-Z elements allows maximizing photoelectric interactions in the tumour and spare the healthy tissues. Photoelectrons and high LET Auger electrons thus produced deposit their energy locally, enhancing radiation dose to tumor cells. Another interaction allows to enhance the dose by Auger electrons: the Mössbauer effect. This resonant and recoilless interaction specific to some isotopes like 57Fe has a cross section 450 times bigger than photoelectric effect. This thesis evaluates the in vitro use of magnetite nanoparticles combined with those 2 types of interactions. The nanoparticles evaluated present a high internalisation and a perinuclear distribution inside F98 cells. A dose-enhancement factor of 3 was obtained by photo activation of the iron Nps, this represents a huge increase. This multidisciplinary work encompasses experiments in chemistry, physics and biology in order to evaluate the applications of magnetite nanoparticles to radiotherapy

Les gliomes sont des tumeurs du système nerveux central. Leur plus haut degré de malignité est le glioblastome (GBM), le plus fréquent des cancers du cerveau. Les patients atteints de GBM sont d’abord opérés (si possible) puis traités par la radiothérapie avec témozolomide concomitant et adjuvant. Ce traitement n’est cependant pas curatif, en partie en raison d’une radiorésistance primaire élevée des cellules de GBM. La voie de signalisation JAK/STAT3 (Janus Kinase/Signal Transducer and Activator of Transcription 3) semble contribuer à la gravité des GBM. STAT3 est une protéine intracellulaire de transduction du signal. Elle est activée par phosphorylation de ses résidus tyrosine 705 (pSTAT3-Y705) et sérine 727 (pSTAT3-S727). L’activation de la tyrosine 705 se produit en aval du signal induit par la liaison de la cytokine interleukine 6 (IL-6) à son complexe récepteur transmembranaire gp130-IL-6Rα. Les mécanismes d’activation de la sérine 727 sont moins bien caractérisés. Le rôle de l’activation de STAT3 dans la radiorésistance des GBM a été ici étudié. Une évaluation du niveau basal de pSTAT3-Y705, pSTAT3-S727 et de la radiorésistance intrinsèque a été faite sur un panel de 15 lignées de GBM humain. L’activation de STAT3 dans les lignées cellulaires de gliomes a été évaluée par western blot et la radiorésistance par la survie cellulaire à l’irradiation. En plus de la description de l’état basal d’activation de STAT3 dans les lignées cellulaires de gliomes, cette étude a mis en évidence pour la première fois, une corrélation de pSTAT3-S727 avec la radiorésistance intrinsèque des GBM. Une stratégie de blocage pharmacologique de STAT3 nous a permis d’identifier le Gö6976 comme inhibant la phosphorylation Y705 de STAT3 dans les cellules de GBM. Celui-ci s’est avéré inhiber aussi la phosphorylation S727 mais seulement dans les lignées de GBM pSTAT3-Y705 négatives. Le traitement par le Gö6976 ralentit la croissance des cellules de GBM, indépendamment du statut d’activation de STAT3. De façon intéressante, le Gö6976 a montré un pouvoir radiosensibilisant très significatif sur les lignées pSTAT3-Y705 négatives, ce qui est concordant avec la baisse du niveau de pSTAT3-S727. La pertinence de ces résultats est confortée par un marquage immunohistochimique sur des échantillons cliniques de GBM, montrant la présence à des degrés variables de pSTAT3-S727 dans toutes les cellules cancéreuses de tous les patients. En parallèle, une étude in vitro des fonctions de pSTAT3-S727 utilisant des dominants positif et négatif est en cours. En somme, nous avons démontré que pSTAT3-S727 participe à la radiorésistance intrinsèque et que pSTAT3-Y705 est un marqueur prédictif négatif de la réponse des cellules de GBM au Gö6976 à la fois comme inhibiteur de pSTAT3-S727 et radiosensibilisant. L’ensemble de nos résultats conforte l’intérêt d’une inhibition spécifique de pSTAT3-S727 pour radiosensibiliser les GBM et ainsi améliorer le traitement des patients
Gliomas are tumors of the central nervous system. The highest degree in glioma malignancy is Glioblastoma (GBM) that is the most frequent of the brain cancers. GBM patients are treated by surgery at first (if it is possible), followed by radiotherapy and concomitant and adjuvant temozolomide. However, this treatment is not curative in part because GBM cells display an outstanding primary radioresistance. The JAK/STAT3 (Janus Kinase/Signal Transducer and Activator of Transcription 3) signaling pathway seems to be involved in the GBM aggressiveness. STAT3 is an intracellular signal transducer protein. It is activated by phosphorylation on its tyrosine 705 (pSTAT3-Y705) and serine 727 (pSTAT3-S727) residues. The tyrosine 705 activation is produced downstream the signal induced by the binding of interleukine-6 (IL-6) cytokine to its gp130-IL-6Rα transmembrane receptor complex. The mechanisms of the serine 727 phosphorylation are less characterized. The role of STAT3 activation in the radioresistance of GBM was studied here. Basal levels of pSTAT3-Y705, pSTAT3-S727 and intrinsic radioresistance were evaluateded in a panel of 15 GBM cel lines. Activation of STAT3 in the glioma cell lines was assessed by western blotting and radioresistance through cell surviving fraction to irradiation. In addition to the description of the basal activation of STAT3 in the glioma cell lines, this study evidenced, for the first time, a correlation between pSTAT3-S727 and GBM intrinsic radioresistance. Using a pharmacological inhibition strategy, we identified Gö6976 as a chemical blocking Y705 phosphorylation of STAT3 in GBM cells. Gö6976 also inhibited pSTAT3-S727 but only in the pSTAT3-Y705-negative cell lines. Treating GBM cell with Gö6976 slowed their growth regardless of STAT3 activation status. Interestingly, Gö6976 showed a highly significant radiosensitizing effect on pSTAT3-Y705-negative cell lines that was consistent with the down-modulation of pSTAT3-S727. The relevance of these results is strengthened by immunohistochemical assay performed of GBM clinical samples that showed a variable level of pSTAT3-S727 positive staining in all tumor cells of all the patients. Furthermore, we are currently running on an in vitro study of the pSTAT3-S727 biological function by the mean of STAT3 dominant positive and dominant negative proteins. In summary, we showed that pSTAT3-S727 is involved in the intrinsic radioresistance and that pSTAT3-Y705 is a negative predicting marker of GBM cell response to Gö6976 as both a pSTAT3-S727 inhibitor and a radiosensitizer. Altogether, our results strengthen the clinical relevance of a specific inhibition of pSTAT3-S727 to radiosensitize GBM and then improve the patient treatment

Les gliomes de haut grade sont les tumeurs cérébrales primitives les plus fréquentes chez l'adulte. Ils restent incurables et leur traitement est essentiellement palliatif, malgré les progrès des outils de diagnostic et de suivi, de certaines thérapies nouvelles, et de la biologie moléculaire. Il est établi que la néo-angiogénèse joue un rôle fondamental dans le mécanisme de croissance des gliomes et que la perfusion est représentative de l'activité tumorale. La tomodensitométrie quantitative par rayonnement synchrotron est une des seules techniques qui permet, in vivo, de mesurer de façon absolue des paramètres clés de la perfusion cérébrale, à partir de la quantification des concentrations d'un agent de contraste. Les propriétés particulières du rayonnement synchrotron (haut flux et rayonnement monochromatique) trouvent des applications, non seulement dans le domaine de l'imagerie médicale, mais aussi dans celui de la radiothérapie. En radiothérapie conventionnelle, le traitement des gliomes reste un point très délicat, car la dose de radiation qui peut être délivrée à la tumeur est limitée par la forte radiosensibilité des tissus sains adjacents. Une solution pour augmenter le dépôt d'énergie spécifiquement dans la zone tumorale, est d'injecter au patient un agent de contraste de numéro atomique élevé pendant l'irradiation. Celui-ci qui va préférentiellement s'accumuler dans la tumeur, à cause de la rupture localisée de la barrière hémato-encéphalique. L'irradiation est réalisée en mode tomographique (CT-Thérapie), le faisceau est ajusté aux dimensions de la tumeur, celle-ci étant placée au centre de rotation du dispositif. L'augmentation du dépôt de dose à la tumeur par rapport aux tissus sains, résulte de la combinaison d'un effet balistique (dû à la géométrie de l'irradiation) et de l'activation photonique des atomes lourds de l'agent de contraste (effet photoélectrique). Les rayons X issus d'une source synchrotron sont idéaux pour ce genre de traitement, car on peut aisément régler l'énergie d'irradiation et la largeur du spectre d'énergie. On obtient ainsi une irradiation quasi-monochromatique de basse énergie, optimisée pour un différentiel optimal entre dose la dose délivrée à la tumeur et la dose délivrée aux tissus sains. Les deux méthodes développées dans cette thèse apportent de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes de développement des tumeurs et dans leur traitement par radiothérapie. Elles mettent en avant l'intérêt du rayonnement synchrotron pour les mesures tomographiques quantitatives de la perfusion cérébrale ainsi que pour a mise en œuvre de nouvelles modalités thérapeutiques des tumeurs cérébrales
High-grade gliomas are the most frequent type of primary brain tumors in adults. Unfortunately, the management of glioblastomas is still mainly palliative and remains a difficult challenge, despite advances in brain tumor molecular biology and in some emerging novel therapies. Synchrotron radiation opens new fields for medical imaging and radiation therapy by using monochromatic intense x-ray beams. It is now well known that angiogenesis plays a critical role in the tumor growth process and that brain perfusion is representative of the tumor mitotic activity. Synchrotron Radiation Quantitative Computed Tomography is one of the most accurate techniques for measuring in vivo contrast agent concentration and thus computing precise and accurate absolute values of the brain perfusion key parameters. In conventional radiotherapy, treatment of brain tumors remains a delicate challenge, because the damages to the surrounding normal brain tissue limit the amount of radiation that can be delivered. One strategy to overcome this limitation is to infuse an iodinated contrast agent to the patient during the irradiation. The contrast agent accumulates in the tumor, through the broken blood brain barrier, and the irradiation is performed with kilovoltage X-rays, in tomographic mode, the tumor being located at the center of rotation and the beam size adjusted to the tumor dimensions. The dose enhancement results from the photoelectric effect on the heavy element and from the irradiation geometry. Synchrotron beams, providing high intensity, tunable monochromatic X-rays, are ideal for this treatment. The beam properties allow the selection of monochromatic irradiation, at the optimal energy, for a maximal dose deposit in the tumor, while sparing healthy tissues. The two complementary methods developed in this thesis offer new perspectives in the understanding of glioma growth process and in their treatment by radiation therapy. They show the potential of synchrotron radiation for absolute brain perfusion imaging, and for new therapeutic modalities using intense monochromatic X-rays

Les gliomes malins sont caractérisés par la présence de zones d'hypoxie, qui contribuent à augmenter la résistance de ces tumeurs vis-à-vis de la radiothérapie. Plusieurs stratégies sont envisagées pour tenter de réduire l'hypoxie tumorale et augmenter parallèlement l'effet antitumoral des radiations ionisantes. L'objectif de notre étude était de déterminer si l'administration d'rHuEPO pouvait constituer un moyen de lutter contre l'hypoxie tumorale, en vue d'améliorer la radiosensibilité de gliomes malins humains (GBM Nan1 et 087) xénogreffés chez des souris nude non anémiques. Après nous être assuré in vitro et in vivo que l'rHuEPO ne favorisait pas la prolifération des gliomes malins xénogreffés, nous avons montré que l'injection d'rHuEPO (300 UI/kg/j, 5j/7) permettait de stimuler l'érythropoi͏̈èse chez des souris nude non anémiées, et d'augmenter la capacité du sang à transporter l'oxygène, aboutissant à une augmentation de la pression partielle en oxygène dans les xénogreffes tumorales, et à une réduction de la proportion de cellules tumorales hypoxiques viables, directement impliquées dans la radiorésistance et l'agressivité des tumeurs. Les effets bénéfiques de l'rHuEPO sur le transport de l'oxygène et sur l'hypoxie tumorale ont non seulement été observés avant irradiation mais ont également été maintenus après 5 fractions d'irradiation. Le VEGF étant connu comme le facteur pro-angiogénique le plus puissant, et l'hypoxie étant un inducteur majeur de son expression, nous avons évalué l'impact de l'rHuEPO sur l'expression du VEGF. Parallèlement à l'amélioration de l'oxygénation tumorale, l'administration d'rHuEPO provoque, avant l'initiation de la radiothérapie et après 5 fractions d'irradiation, une diminution de l'expression des transcrits codant pour le VEGF 121 et pour le VEGF 165, deux variants qui correspondent au VEGF capable de diffuser librement dans la matrice extracellulaire. Alors que l'rHuEPO ne modifiait pas la radiosensibilité des cellules U87 in vitro, in vivo, l'rHuEPO, en augmentant la disponibilité en oxygène pour les tumeurs, a permis d'améliorer de façon significative la réponse des xénogreffes GBM Nanl et U87 à la radiothérapie fractionnée (40 Gy à raison d'une fraction de 2 Gy/j, Sj/7 pendant 4 semaines). Le facteur de potentialisation atteignait 1,21 pour la lignée GBM Nanl et 1,49 pour la lignée U87.

Le gliome infiltrant du tronc cérébral est une tumeur gliale pédiatrique de très mauvais pronostic. La survie médiane des patients varie entre 9 et 12 mois. Son aspect typique en imagerie permet le diagnostic sans confirmation histologique mais a limité la compréhension de la physiopathologie de ces tumeurs pendant plusieurs années. L'identification des mutations des histones H3 K27M comme identité moléculaire des gliomes infiltrants du tronc cérébral définit cette tumeur comme une entité unique en 2012 et la sépare des autres tumeurs cérébrales. Il y a deux variantes des histones H3 à l’origine des tumeurs, la variante H.3.1 et la variante H3.3 qui forment deux sous-groupes présentant des phénotypes et des pronostics différents. L'objectif de cette thèse était d'utiliser les techniques d'imagerie multimodale pour mieux comprendre la physiopathologie des gliomes infiltrants du tronc cérébral, en observant l'évolution des effets des différents traitements à différents temps. Nous avons tout d'abord montré une augmentation des index de perfusion associée à une diminution de l'oedème lésionnel en post- radiothérapie. Puis nous avons décrit en imagerie le phénomène de pseudo-progression. Ce phénomène, qu’il ne faut pas prendre pour une vraie progression tumorale, est caractérisé par une augmentation du volume et du rehaussement tumoral associé à une augmentation importante des index de perfusion. Le ratio d’augmentation du flux sanguin lésionnel dans les suites de la radiothérapie permet identifier une pseudo-progression avec une sensibilité et une spécificité élevées. Ces 2 groupes de patients (sans et avec pseudo-progression) ont un comportement en imagerie très différents en fin de vie. Nous avons ensuite comparé les paramètres d'imagerie aux données histologiques pour mieux appréhender les deux types de mutation d'histones. Les tumeurs H3.1 présentent plus d'oedème, plus de nécrose et une perfusion moins élevée. Les tumeurs H3.3 ont une perfusion plus élevée et moins d'oedème. La valeur du volume sanguin lésionnel est positivement corrélée à la charge tumorale. L’imagerie multimodale est essentielle dans le suivi et la compréhension des mécanismes physiopathologiques des DIPG. Elle devra être incluse dans les protocoles de recherches (efficacité des nouvelles chimiothérapies ciblées et nouvelles techniques d’application, modèles murins, radiomics, corrélation avec les nouvelles quantifications histologiques) dans le but d’avancer puis un jour de guérir ces petits patients
Diffuse Intrinsic Pontine Glioma is a pediatric tumor with very poor prognosis. Median survival is 9-12 months. Its typical MRI appearance allows for diagnosis without histological confirmation, but has limited understanding its pathophysiology for years. DIPGs molecular identity identified as histone H3K27M mutations in 2012 defined them as a separate entity. Two subgroups with different phenotypes and prognoses are associated with mutations in one of the two variants H3.1/H3.3 of histone H3. The aim of this thesis was to use multimodal imaging techniques to better understand the pathophysiology of DIPG, by observing the evolution of the effects of different treatments over time. 1st, we showed an increase in perfusion indices associated with decreased edema after radiotherapy. Secondly, we have described the phenomenon of pseudo-progression in MRI, an increase in tumor volume and enhancement associated with a significant increase in perfusion index. This shouldn’t be confused with true tumor progression. The ratio of increase in lesion’s blood flow after radiotherapy has high sensitivity and specificity to identify pseudo-progression. 3rd, we compared the imaging parameters with the histological data to better understand the differences between the histone mutations. The mutated tumors H3.1 have more edema, more necrosis and a lower perfusion. While mutated H3.3 tumors have a higher tumor burden. Tumor burden is positive correlated to lesion blood volume. Multimodal imaging is essential in monitoring and understanding the physiopathological mechanisms of DIPG. It should be included in the research protocols in order to advance and then one day to cure these small patients

En 2006 Dilmanian et al. ont proposé une méthode d'irradiation par rayonnement synchrotron innovante appelée minifaisceaux. L'irradiation de tumeur par minifaisceaux monochromatiques consiste en un motif fractionné spatialement de faisceaux de rayons X submillimétriques produits par un synchrotron. Afin d'obtenir une dose homogène dans le volume cible, deux incidences orthogonales sont entrecroisées. Le tissu sain environnant ne subit que l'irradiation fractionnée, entre les faisceaux la dose n'est dûe qu'au diffusé et l'énergie déposée y est donc 10 à 15 fois inférieure à celle déposée sur les axes des faisceaux. Cela permet un effet protecteur des tissus sains tout en distribuant de fortes doses à la tumeur. Cette thèse porte sur le développement de la méthode expérimentale des minifaisceaux monochromatiques, ce qui comprend le contrôle de la géométrie d'irradiation, la dosimétrie expérimentale et l'étude Monte Carlo correspondante. Afin d'évaluer son efficacité, des études précliniques ont été réalisées sur un modèle de tumeur cérébrale implantée chez le rat (F98). Un suivi de traitement est réalisé par de l'imagerie anatomique et fonctionnelle afin d'évaluer son efficacité. L'imagerie de perfusion cérébrale (menant aux volumes et débits sanguin cérébrales, au temps de transit moyen) est d'après la littérature un moyen efficace de pronostique du résultat du traitement. Les paramètres clés de la vascularisation cérébrale sont principalement étudiés par imagerie IRM, du fait de l'innocuité de ce type d'imagerie. La Synchrotron Radiation Computed Tomography (SRCT) est une modalité d'imagerie dont les performances sont proches des limites théoriques dans l'obtention de mesures absolues des concentrations d'agent de contraste et peut être utilisé en tant que gold-standard. Les modèles pharmacocinétiques utilisés nécessitent comme paramètre d'entrée des concentrations d'agent de contraste en fonction du temps. La relation entre le signal obtenu par IRM et la concentration d'agent de contraste est très complexe et difficilement quantitative. Une comparaison des mesures de perfusion effectuées par IRM et par SRCT a été effectuée afin de calibrer les mesures IRM.

La radiothérapie implique de limiter l'irradiation des tissus sains. Dans ce but, des nanocapsules lipidiques chargées en complexes lipophile de rhénium-188 (NCL188Re-SSS) ont été utilisées afin de créer une irradiation localisée après injection intra-tumorale. Nous avons ainsi évalué la faisabilité d'une radiothérapie interne après injection intra-hépatique de NCL188Re-SSS pour le traitement du carcinome hépatocellulaire (CHC) et, dans un deuxième temps, étudié l'efficacité d'un fractionnement de la dose radioactive après injections intra-crâniennes répétées pour le traitement des gliomes. La première partie de ce travail décrit l'intérêt d'une radiothérapie interne via les NCL188Re-SSS pour le traitement du CHC avec une augmentation de la médiane de survie jusqu'à 107% dans un modèle CHC chimio-induit chez le rat. Dans une seconde partie, nous avons pu démontrer un bénéfice majeur, sur un modèle de gliome, avec 83% des animaux long-survivants. Cette efficacité thérapeutique pourrait s'expliquer par la mise en place d'une réponse immunitaire adaptative avec recrutement local de cellules immunitaires effectrices (CD4+, CD8+...). En revanche, les essais d'une radiothérapie interne nanovectorisée sur un modèle de rat peu immunogène et radiorésistant (modèle tumoral F98) ont montré des bénéfices moindres en terme de survie. Pour stimuler la réponse immunitaire anti-tumorale et optimiser l'efficacité thérapeutique, nous avons évalué la combinaison d'une radiothérapie interne nanovectorisée et d'une vaccination par cellules F98 irradiées. Un recrutement des cellules immunitaires effectrices a été observé, cependant, l'efficacité thérapeutique n'a pas été augmentée. Les perspectives qu'offre ce travail sont de deux ordres : évaluer l'impact du processus angiogénique dans le cas du modèle CHC et stimuler le système immunitaire en association avec la radiothérapie interne pour le modèle de gliome.

Les gliomes malins et plus particulièrement les glioblastomes, comptent parmi les tumeurs les plus agressives et les moins bien contrôlées d'un point de vue thérapeutique. Des microsphères biodégradables, chargées en 5-fluorouracile (5-FU), ont été conçues pour être implantées dans la paroi de résection de la tumeur cérébrale. Depuis 1995, elles sont évaluées en clinique humaine comme agent de potentialisation de la radiothérapie. Ce travail doctoral s'est attaché à établir certaines données relatives à cette stratégie thérapeutique, à l'aide du modèle expérimental de gliome C6 du rat. Le suivi non invasif du développement tumoral par Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) nous a permis de déterminer : (i) l'influence de la dose de 5-FU et de la formulation des microsphères sur la croissance tumorale ; (ii) la zone de diffusion du 5-FU après implantation des microsphères ; (iii) l'impact sur la survie de l'association avec un autre agent thérapeutique (une radiothérapie fractionnée conventionnelle ou un bolus intracérébral de cisplatine concomitant). Ces études précliniques supportent le choix de la formulation retenue en pratique clinique. Elles démontrent par ailleurs le bien-fondé d'une radiosensibilisation par un cytotoxique vectorisé au sein d'une matrice microparticulaire et ouvrent de nouvelles perspectives pour des stratégies locales multithérapeutiques.

Les gliomes de haut grade sont des tumeurs cérébrales particulièrement agressives et les traitements actuels demeurent uniquement palliatifs. L'efficacité des radiothérapies est sévèrement limitée par la tolérance des tissus sains, l'enjeu est donc d'accroître la dose et la toxicité en ciblant le tissu tumoral. Une des méthodes proposées repose sur l'association de drogues anticancéreuses localisées au sein de la tumeur et d'une irradiation X. Au niveau cérébral, l'accumulation d'un agent injecté usuellement par voie systémique, est rendue difficile par la présence de la barrière hémato-encéphalique, qui filtre le passage des molécules à travers l'endothélium vasculaire. Des techniques d'injection ont été développées récemment pour délivrer des drogues directement dans le lit tumoral. Parmi elles, la méthode de convection-enhanced delivery (CED) permet d'obtenir une distribution de drogue homogène et contrôlée. Les objectifs de cette thèse étaient de mettre en place et caractériser la CED puis de l'appliquer au traitement des gliomes par des études précliniques. Plusieurs agents ont été testés : cisplatine, carboplatine, oxaliplatine et iododésoxyuridine et deux modalités d'irradiation ont été évaluées : la radiothérapie stéréotaxique en rayonnement synchrotron (monochromatique <100 keV) et l'irradiation haute énergie (6 MV) sur un accélérateur médical usuel. Les résultats obtenus révèlent que l'efficacité du traitement combinant drogue platinée et rayons X est étroitement liée à celle de la chimiothérapie seule et ne dépend pas de l'énergie du rayonnement utilisé. Ces résultats sont très prometteurs et ouvrent des perspectives nouvelles pour la recherche clinique.

Les gliomes infiltrants du tronc cérébral (DIPG) sont les tumeurs cérébrales pédiatriques les plus sévères. Le traitement standard, la radiothérapie, n’est efficace que transitoirement et la réponse est hétérogène. L’objectif du projet est de définir les mécanismes de radiorésistance.Tout d’abord, la réponse in vitro à l’irradiation de modèles cellulaires de DIPG dérivés de biopsies au diagnostic a été évaluée et nous avons identifié les mutations de TP53 comme principal facteur de radiorésistance. Ce résultat a été validé in vitro à l’aide de 4 lignées isogéniques TP53WT et TP53KD. Puis, nous avons montré au niveau clinique qu’une mutation de TP53 est un biomarqueur de non-réponse à la radiothérapie. A l’aide d’un crible d’ARN interférence, nous avons identifié différentes kinases essentielles à la survie des cellules de DIPG à l’irradiation. L’inhibition de CHK1 augmente la réponse à l’irradiation spécifiquement dans les cellules TP53MUT et pourrait être considérée comme une nouvelle approche thérapeutique en combinaison avec la radiothérapie. Enfin, des modèles cellulaires résistants à l’irradiation ont été mis en place pour étudier la rechute ainsi que des outils pour modéliser les processus moléculaires de résistance et d’échappement à la radiothérapie par suivi unicellulaire de la dynamique clonale des cellules tumorales par marquage RVB.Ces résultats vont plus loin dans la compréhension de la radioresistance des DIPG. Nous avons démontré qu’une altération de TP53 est un marqueur théranostic de prédiction de radioresistance et nous avons identifié de nouvelles opportunités thérapeutiques en combinaison avec la radiothérapie pour le traitement de cette maladie pédiatrique qui demeure incurable
Diffuse intrinsic pontine gliomas (DIPG) are the most severe pediatric brain tumours. Though accepted as the main therapeutic, radiotherapy is only transiently efficient and not even in every patient. We previously identified a heterogeneous response to radiotherapy at diagnosis (Castel et al., 2015). The aim of the project was to define the mechanisms of radioresistance.First, we assessed in vitro response to ionizing radiations in a collection of DIPG cellular models derived from treatment-naïve biopsies and we uncovered TP53 mutation as the main driver of increased radioresistance. We validated this finding in 4 isogenic pairs of DIPG cells with TP53WT and TP53KD. Then, we demonstrated with an extended cohort of 73 DIPG patients that mutated TP53 patients had a poor response to radiotherapy. Using a kinome-wide synthetic lethality RNAi screen, we further identified target genes that can sensitize TP53MUT DIPG to ionizing radiations. CHK1 inhibition increases response to radiation specifically in TP53MUT cells and could be considered as a new therapeutic approach in this setting. Finally, we established in vitro radioresistant DIPG cells to study tumour relapse and we developed tools to model post-radiotherapy relapse through the study of clonal dynamics using single cell RGB marking.In all, this results go further in the understanding of the DIPG radioresistance. We demonstrated that a TP53 alteration is a theranostic marker to predict radioresistance and we opened new therapeutic opportunities in combination with radiotherapy for the treatment of this pediatric disease, which remains incurable

Since Parsons et al. (2008) found the frequent mutations of IDH1 (12%) in GBMs, various reports have studied the prevalence and characteristic of IDH1 and IDH2 mutations.The mutations in the isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) gene occur in nearly 40% of gliomas. The frequency of IDH1 mutations are inversely connected with grade II (~80%), III (~50%), and IV (~ 10%) gliomas. Importantly, the status of IDH1 mutations is associated with a better outcome and demonstrated a diagnostic value. We analyzed also these mutations in distribution, association with tumor-derived other genetic alterations and the diagnostic and prognostic value in a cohort of 1332 glioma patients.A synonymous single nucleotide polymorphism [SNP rs 11554137; C (cytosine) substituted by T (thymin)] has been studied in gliomas patients. The SNP rs 11554137 (in codon 105) are located in the same exon with the IDH1 R132 mutations (in codon 132). And gliomas patients with SNP rs 11554137: C>T had a poorer outcome than patients without SNP rs 11554137. This was observed a similarly adverse effect in survival in patients with AML. Mutations in codon 132 can cause a decrease of IDH1/2 activity and also gain a new enzyme function for the NADPH dependent reduction of alpha-ketoglutarate to 2-hydroxyglutarate. High 2HG and low NADPH levels might sensitize tumors to oxidative stress, potentiating response to radiotherapy, and may account for the prolonged survival of patients harboring the mutations. So we studied further the alterations of function in IDH1R132H mutant cells in vitro. Based on the decrease of defence and the increase of impairing factors in tumor cells, we found that the tumors harbouring IDH1 mutations may have an elevated radiosensitivity. In the present study, we described the impact of IDH1 mutations in gliomas and search for new perspectives for the treatment strategy.

Les gliomes malins, malgré une évolution loco-régionale, ne sont pas curables actuellement. Le but de ce travail a été d'étudier la réponse à des faibles doses d'irradiation, <1 Gy, de 5 lignées humaines de gliomes malins, (G5,CL35,Gl11,G142,G152), établies au laboratoire. 4 lignées (G5,G lll,G142,G152) de gliomes malins ont présenté une hypersensibilité aux faibles doses d'irradiation. La survie cellulaire à 0. 7 Gy était similaire à celle de 2 Gy pour G111 et G142, alors que la survie cellulaire à 2 Gy était voisine de celle de 0. 8 Gy pour G5 et G152. Pour la lignée CL35, aucun effet aux faibles doses a été démontré. Cette hypersensibilité a été aussi notée dans 4 lignées humaines de mélanomes (M4Be,A375p,SKMe2,MeWo), et dans une lignée humaine de fibroblastes. Une diminution de la survie cellulaire, importante pour les lignées G5 et G152, et relative pour la lignée M4Be, a été notée lors des traitements fractionnés (3 X 0. 8 Gy ou 3 X 0. 7 Gy par jour), par rapport à une irradiation classique (1 fraction de 2 Gy). Ces résultats ont été confirmés avec le modèle animal développé pour chaque type tumoral, G152 et M4Be respectivement. P53 n'est pas impliquée dans l'hypersensibilité aux faibles doses. Une induction sélective de l'apoptose aux faibles doses d'irradiation a été observée dans la lignée G5. . De même, un retard au déclenchement des mécanismes de réparation est noté pour les lignées G5 et CL35. Une radio-sensibilisation par l'étoposide, le paclitaxel et la fotémustine, est observée avec les faibles doses d'irradiation, dans les lignées G5, G142 et G152. L'hypersensibilité aux faibles doses d'irradiation semble être fréquente dans les gliomes malins
Malignant gliomas display aggressive local behavior, and are not cured by existing therapy. Few studies have indicated that some cell lines, considered as radioresistant, respond to low radiation doses (<1 Gy) with an increased cell killing by low-dose radiation, termed « low dose hypersensitivity ». We examined the low-dose radiation response of 5 human malignant glioma cell lines. For all but one cell line, a significant increase in X-ray radiosensitivity at doses below 1 Gy was found. The SF (survival fraction) at 0. 7 Gy or/and 0. 8 Gy were comparable to those at 1. 5 Gy. In addition, an increase X-ray radiosensitivity at doses below 1 Gy were also noted with 4 human melanoma cell lines (MeWo, M4Be, A375p, and SKM2) and MRC5 human fibroblasts. As expected, low dose hypersensitivity was not seen in radiosensitive cell lines (H460, MCF7). Repeated irradiation with low doses compared to irradiation with a single equivalent dose result in SF decreases in glioma cells and in a dramatic growth inhibition of tumors in mice. Moreover, p53 was not involved in this phenomenon. A delay in triggering DNA repair mechanisms was noted in G5 and CL35 glioma cell lines, and a selective induction of apoptosis at doses below 1 Gy was seen in G5 cell line. We were able to prove that the anti-cancer drugs, etoposide - paclitaxel - fotemustine, could enhance the effect of radiation therapy on malignant glioma cell lines. These results open new perspectives for the radiation therapy of malignant glioma patients

Les DIPG (Diffuse Intrinsic Pontine Glioma) sont des tumeurs cérébrales pédiatriques au pronostic des plus sombres, et ce notamment du fait de la résistance des cellules aux différents traitements de chimio et de radiothérapie. Une des caractéristiques majeures des cellules de DIPG est qu’elles sont quasi systématiquement porteuses d’une mutation mono-allélique de l’histone H3 au niveau de sa lysine 27, et ce majoritairement sur le variant d’histone H3.3. Cette mutation, H3.3K27M, inhibe la triméthylation en K27 de l’histone H3 (H3K27me3) par un effet dominant négatif, ayant pour conséquence une réorganisation de la chromatine et ainsi une modification profonde de l’expression des gènes. Actuellement, et bien que les mutations H3K27M soient décrites comme étant un élément « driver » dans la genèse des DIPG, leur implication dans la résistance aux traitements n’a toutefois pas été pleinement établie. Afin de décrypter finement les implications de la mutation H3.3K27M, l’établissement de modèles cellulaires complémentaires d’induction mais aussi de réversion de la mutation apparaissait nécessaire.Dans ce contexte, j’ai, par transfection plasmidique, induit la mutation H3.3K27M dans trois lignées cellulaires de gliome pédiatrique sustentoriel initialement non mutées. De façon complémentaire, j’ai créé un modèle de réversion de la mutation dans des cellules de DIPG mutées H3.3K27M par la mise en place d’une stratégie utilisant le système CRISPR/Cas9, générant une cassure double brin au niveau du site de la mutation, combinée à une approche de « gene trapping » visant à restaurer la forme sauvage du gène H3F3A. Ces deux stratégies d’induction et de réversion de la mutation nous ont permis de constituer un ensemble de modèles cellulaires disponible avec et sans la mutation H3.3K27M. Fort de ceux-ci, j’ai pu entreprendre d’évaluer le rôle exact de la mutation H3.3K27M sur la résistance aux traitements de chimio et radiothérapie, la croissance cellulaire ou encore les propriétés clonogéniques.Concernant le modèle d’induction, les effets épigénétiques liés à la mutation étaient confirmés au sein des trois lignées cellulaires établies. La présence de la mutation avait alors un effet sur la croissance cellulaire dans deux des trois lignées cellulaires, et ce concomitamment avec un pouvoir clonogénique accru par l’introduction de la mutation. Ces mêmes lignées cellulaires présentaient une résistance supérieure à la radiothérapie et un screening de chimiothérapies permettait de mettre en évidence plusieurs composés pour lesquels la mutation H3.3K27M conférait une résistance. D’un point de vue plus global, il semblerait que la mutation confère un caractère agressif et résistant principalement dans un contexte de gliome de bas grade. En parallèle, j’ai pu valider la création d’un modèle de réversion de la mutation dans une lignée cellulaire de DIPG originellement mutée. Dans celui-ci, les cellules ne diffèrent que par l’absence de la mutation et présentent un retour de la marque H3K27me3. Une évaluation préliminaire des effets de la réversion de la mutation tendait à confirmer ceux obtenus avec le modèle d’induction.Le décryptage des mécanismes sous-jacents aux effets biologiques observés, nous permettra d’évaluer et de comprendre pleinement le rôle de la mutation H3.3K27M dans l’agressivité et la résistance aux traitements des DIPG et d’identifier de possibles nouvelles stratégies de traitement des gliomes malins pédiatriques du tronc cérébral
Diffuse Intrinsic Pontine Glioma is one of the worst pediatric brain tumors regarding prognosis due to cell resistance to chemo and radiotherapy. One of DIPG cells main characteristics is a mono-allelic mutation on the lysine 27 of histone H3 (H3K27M). This mutation inhibits the trimethylation of this lysine that leads to strong modifications of gene expression. Even though this mutation seems to be a driver event in tumorigenesis, its role in cell resistance to treatment has not been deciphered. To accomplish this, we needed to establish complementary cellular models of induction but also the reversion of the mutation.This way, to evaluate the role of the mutation on resistance to treatment, we first induced the mutation in three H3K27-unmutated pediatric glioma cell lines. In parallel, using the CRISPR/Cas9 technology and gene trapping approaches, we establish DIPG cellular models in which the mutation has be reversed to restore an H3F3A wild type gene. These two strategies allowed us to have a panel of available cellular models with or without mutation. Basis on these models, we evaluated the precise role of H3.3K27M mutation on chemo and radioresistance but also on cell growth and clonogenic properties.For the model of induction, we confirmed the epigenetics impact of the mutation. Next, we showed an increased cell growth due to the mutation in two cell lines, concomitantly with an increase of clonogenic properties. H3.3K27M mutation had an impact on resistance to both chemotherapy or ionizing radiation in the same cell lines. We could identify several drugs for which the mutation increases cell resistance. We observed that H3.3K27M could improve cell resistance and aggressiveness, especially in a low-grade glioma context. Concerning the mutation reversion, we validated the loss of the mutation in one DIPG cell line. In this way, we succeeded in restoring the H3K27me3 mark. Our preliminary assays on cell growth and clonogenic properties exhibit results that are in adequacy with those obtained on the induction model.To sum up, these different models would allow us to decipher cellular and molecular mechanisms induced by the H3.3K27M mutation in DIPG cells, including resistance to treatment, and possibly identify putative therapeutic targets

Le but de cette étude exploratrice est d'investiguer le rôle potentiellement paradoxal de la radiothérapie sur le caractère invasif des glioblastomes multiformes (GBM). Utilisant le modèle murin de tumeur astrocytaire F98/Fisher, nous avons dans un premier temps irradié soit le cerveau (BrainlR) de l'animal, les cellules cancéreuses implantées (F98IR), ou ces deux composantes (Brain+F98IR), afin d'étudier l'effet des radiations sur le développement tumoral. De plus, un regard particulier a été porté sur la cinétique de moléculaires inflammatoire et pro-migratoires induite par les radiations. Finalement, une approche pharmacologique a été utilisée dans le but de contrôler la réaction inflammatoire radio-induite pour diminuer les effets potentiellement néfastes des radiations sur l'augmentation de la migration des cellules F98 dans le cerveau de rat. Les analyses histologiques des cerveaux portant une tumeur F98 ont démontré une augmentation de l'infiltration pour les rats ayant été irradiés avant l'implantation. Ce même groupe a démontré une augmentation de létalité et une immunoréactivité accrue pour la nestine, illustrant une différence phénotypique. De façon opposée, le groupe où les cellules F98 sont irradiées avant l'implantation n'a démontré aucune différence flagrante dans leur profil de migration comparativement au groupe contrôle. Les analyses moléculaires ont illustré la présence d'une réaction inflammatoire suite à une exposition du cerveau aux radiations. Une stimulation de la production d'IL-1[beta] et de TGF-[beta] aptes l'exposition, supporte cette observation. De plus, une augmentation des niveaux de collagénase (MMP-2), permettant l'infiltration cellulaire, a été démontrée pour une période allant jusqu'à 20 jours post-irradiation. L'analyse de prostanoïdes pro-inflammatoires a révélé des niveaux augmentés des prostaglandines (PGE [indice inférieur 2] /PGD [indice inférieur 2] ) jusqu'à une période de 20 jours également. A la suite de ces résultats d'analyse moléculaire, nous avons choisi d'utiliser un anti-inflammatoire non stéroïdien (AINS) pour diminuer cette réaction due aux radiations pour ainsi réprimer la formation de molécules potentiellement néfastes. Le traitement au Meloxicam des rats avec des doses de 1 mg/kg quotidiennement, s'est traduit par une diminution du caractère invasif des tumeurs implantées dans un cerveau irradié. Ces données sur l'utilisation du Meloxicam comme approche pharmacologique sont encourageantes dans l'optique de diminuer l'invasion radio-induite. Notre étude illustre donc l'importance de se soucier de l'irradiation des tissus sains lors des traitements de radiothérapie pouvant jouer un rôle lors de la récurrence rapide observée en clinque chez les patients atteint de GBM. De plus, l'utilisation d'AINS pourrait s'avérer un outil efficace pour augmenter l'espérance de vie des patients atteints de glioblastomes.

Les gliomes malins, tumeurs du système nerveux central les plus fréquentes ont un pronostic particulièrement sombre. Parmi les traitements standards de ce type de tumeurs, la radiothérapie occupe une place prépondérante mais son utilisation est limitée en raison de la mauvaise tolérance du tissu cérébral normal. Une des stratégies visant à améliorer l’efficacité de la radiothérapie consiste en l’administration concomitante d’un agent radiosensibilisant. Les inhibiteurs de protéasome sont une nouvelle classe d’agents anticancéreux et le bortézomib (Velcade®), chef de file de cette nouvelle classe, possède une AMM dans le traitement du myélome multiple. Les objectifs de nos travaux sont d’évaluer le potentiel radiosensibilisant du bortézomib sur deux modèles de gliome malin humain xénogreffés chez la souris nude. Nous avons apporté une attention particulière à l’impact du fractionnement du bortézomib et de la radiothérapie sur l’efficacité antitumorale de l’association. Nos résultats montrent que le bortézomib est un radiosensibilisant puissant sur les deux modèles de gliome malin utilisés mais que ce pouvoir est perdu lorsque les deux modalités thérapeutiques sont délivrées selon des doses et des schémas d’administration pertinents au regard de la clinique. En condition de traitement fractionné, nos études montrent également que le bortézomib induit une diminution de l’apoptose radio-induit, probablement en lien avec une perte de son activité inhibitrice du protéasome au fil des injections. Enfin, la place du facteur de transcription NF-?B dans la réponse à la radiothérapie fractionnée ou non pour le type tumoral que nous avons étudié est discutée. En conclusion, nos travaux insistent sur la nécessité de réaliser des études précliniques dans des conditions les plus proches possibles de la situation clinique, afin d’apporter des éléments plus prédictifs de la réponse chez l’Homme
Malignant gliomas are the most common neoplasm of the central nervous system and patients prognosis remains dismal, despite aggressive surgery, radio- and chemotherapy. Radiotherapy is a major treatment modality in this tumoral type but its usefulness is limited by normal brain tissue toxicity. The concomitant administration of a radiosensitizing agent is an innovative strategy to improve ionizing radiations efficacy. Bortezomib (Velcade®) belongs to a new class of anticancer agents, i.e. the proteasome inhibitors, and this molecule has been approved for the treatment of multiple myeloma. Our objectives are to study the radiosensitizing properties of bortezomib on two human malignant glioma models xenografted onto nude mice. Our work was designed to evaluate the impact of treatment fractionation on the antitumor activity of the concomitant association of bortezomib and radiotherapy. Our results show that bortezomib is a potent radiosensitizer on our two malignant glioma models but these properties are lost when treatments are fractionated according to a typical clinical schedule. In conditions of fractionated treatment, we demonstrate that bortezomib reduces the radio-induced apoptosis. This may be linked to the loss of the inhibitory properties of bortezomib secondary to consecutive infusions. We also evaluate the importance of the transcription factor NF-?B in the radioresponse of the malignant glioma xenografts used. Finally, our work emphasizes on the importance of performing preclinical studies using doses and therapeutic schedule mimicking the clinical settings to provide more predictive results of treatment response in Humans

Les gliomes de haut grade sont des tumeurs cérébrales de très mauvais pronostic. Le traitement standard proposé combine la chirurgie, la radiothérapie et parfois l'utilisation de témozolomide (agent de chimiothérapie). Une limitation majeure de la radiothérapie provient de la radiosensibilité des tissus sains. La radiothérapie stéréotaxique par rayonnement synchrotron est une technique innovatrice dont le principe est de combiner un rayonnement basse énergie (inférieur à 100 keV) à la présence d'atomes lourds dans la zone tumorale afin d'augmenter la dose déposée et ainsi accroître le différentiel de dépôt de dose entre la tumeur et les tissus sains environnants. Dans cette étude, plusieurs composés contenant des atomes lourds tels que les agents de chimiothérapie : cisplatine/carboplatine, un analogue d'une base de l'ADN : la 5-iodo-2'-désoxyuridine (IUdR) ou bien des nanoparticules d'or ont été considérés. Des études cellulaires ont permis de quantifier les facteurs d'augmentation de dose induits par la présence de ces composés dans l'environnement extracellulaire pour certains et intracellulaire pour d'autres. Lors d'études in vivo effectuées sur des rats porteurs de gliomes, la toxicité, cinétique de distribution et la localisation de ces composés a été déterminée, ainsi que l'efficacité potentielle du traitement associant injection cérébrale et irradiation basse énergie.