Soutenance de thèse de Axelle WILMERDING

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Biologie du Développement
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Cancer,Embryon de poulet,Voie de signalisation RAS/ERK,Gene HOX,Régulation transcriptionnelle,Développement du tube neural
Keywords
Cancer,Chicken embryo,RAS/ERK signaling pathway,Hox gene,Transcriptional regulation,Neural tube development
Titre de thèse
Contrôle de l’oncogenèse par la protéine Hoxb8 dans un nouveau modèle chez l’embryon de poulet: Point d’entrée à l’identification de cibles thérapeutiques des cancers ERK-dépendants
Study of Hoxb8-mediated tumor suppression in a chick embryo model: towards novel therapeutic targets for ERK-dependent cancers
Date
Friday 1 October 2021 à 14:00
Adresse
Parc scientifique de Luminy 163 avenue de Luminy 13009 Marseille
Amphithéâtre 12, Bâtiment B
Jury
Directeur de these Mme Marie-Claire DELFINI Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM)/ Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Yacine GRABA Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM)/ Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Anne-Hélène MONSORO-BURQ Université Paris Saclay IUF / Institut Marie-Curie
Rapporteur Mme Vanessa RIBES Institut Jacques Monod - CNRS / Université de Paris
Examinateur M. Olivier POURQUIé Brigham and Women's Hospital/Harvard Medical School
Examinateur Mme Sophie TARTARE-DECKERT C3M – Inserm U1065 Centre Méditerranéen de Médecine Moléculaire
Examinateur M. Jérôme DELON Institut Cochin- Université Paris Descartes

Résumé de la thèse

Les facteurs de transcription HOX sont des membres d'une famille de facteurs de transcription à homéodomaine conservés au cours de l'évolution impliqués dans l'établissement de l'axe antéropostérieur du corps au cours du développement des bilatériens. Les vertébrés supérieurs possèdent 39 gènes HOX, répartis sur quatre clusters génomiques A, B, C et D. Bien qu'ils soient souvent dérégulés dans les cancers, les mécanismes moléculaires par lesquels ils agissent comme oncogènes ou gènes suppresseurs de tumeurs ne sont que partiellement compris. En particulier, il n’est pas clairement établi comment les protéines HOX interagissent avec la voie de signalisation la plus dérégulée dans les cancers : la voie de signalisation RAS/RAF/MEK/ERK (MAPK/ERK). Au cours de mon doctorat, j'ai développé un modèle de néoplasie in vivo utilisant l'embryon de poulet, adapté pour réaliser des expériences d'épistasie afin d’appréhender comment les protéines HOX peuvent interagir avec la voie oncogénique MAPK/ERK. En électroporant une forme constitutivement active de la kinase juste en amont de ERK1/2, j'ai montré que la suractivation de ERK1/2 dans la future moelle épinière chez l’embryon de poulet modélise de manière reproductible les événements précoces de la tumorigenèse médiée par la voie MAPK/ERK chez les vertébrés. La deuxième partie de ma thèse a été consacrée à l'analyse de la fonction physiologique des gènes HOX du cluster B au cours du développement de la moelle épinière chez l’embryon de poulet. J'ai contribué à montrer que les gènes HOXB ont une fonction générique au cours du développement de la moelle épinière en contrôlant l'expression du gène LZTS1, qui est impliqué dans le contrôle de la délamination neuronale. La troisième partie de ma thèse a consisté à analyser les conséquences du gain de fonction de protéines HOX dans le modèle de néoplasie développé chez l’embryon de poulet. J'ai montré que dans ce contexte, HOXB8 agit comme un suppresseur de tumeur, contrecarrant la néoplasie induite par ERK. La fonction de suppresseur de tumeur de HOXB8 dans ce modèle repose sur une réversion du transcriptome oncogénique induit par la suractivation de ERK. Cette étude a notamment permis d’identifier de nouvelles cibles en aval de l'activation oncogénique de ERK dans un contexte in vivo qui pourrait fournir des pistes pour des stratégies thérapeutiques. A partir de ces données, la quatrième partie de ma thèse a consisté à identifier des cibles en aval de la voie oncogénique MAPK/ERK conservées en pathologie humaine et à caractériser leurs fonctions. En utilisant l’embryon de poulet et des cellules cancéreuses humaines comme modèles, et en analysant des biopsies humaines, j'ai identifié un potentiel nouvel oncogène en aval de la signalisation oncogénique MAPK/ERK dans des stades précoces du développement du mélanome humain. J'ai montré que cette protéine favorise la multinucleation des cellules cancéreuses. Mes résultats suggèrent que cette protéine pourrait promouvoir l'agressivité tumorale en aval de la voie oncogénique MAPK/ERK en favorisant l'émergence de l'hétérogénéité cellulaire dans le mélanome et autres tumeurs solides dans lesquelles elle est exprimée de manière ectopique.

Thesis resume

HOX transcription factors are members of an evolutionarily conserved family of homeodomain transcription factors required for the establishment of the anteroposterior body axis during bilaterian development. Higher vertebrates have 39 HOX genes, organized in four genomic clusters A, B, C and D. Although their expression is often deregulated in cancer, the molecular mechanisms by which they act as oncogenes or tumor suppressors are only partially understood. More specifically, it remains unclear if and how HOX proteins interact with the most deregulated signaling pathway in cancer: the RAS/RAF/MEK/ERK pathway (MAPK/ERK). During my PhD, I developed an in vivo neoplasia model using the chicken embryo, suited to perform epistatic experiments to understand how HOX proteins may interact with oncogenic MAPK/ERK signaling. By electroporating a constitutive active form of the kinase just upstream of ERK1/2, I showed that sustained experimental activation of ERK1/2 in the developing chicken spinal cord reproducibly models early events in ERK-mediated tumorigenesis in vertebrates. The second part of my PhD was devoted to the analysis of the physiological function of HOX genes of the cluster B during the development of the chicken spinal cord. I have contributed to show that HOXB genes have a generic function during spinal cord development by controlling the expression of the gene LZTS1, which is involved in the control of neuronal delamination. The third part of my PhD was to analyze the consequences of HOX gain of function in the chicken neoplasia model I developed. I found that HOXB8 acts as a tumor suppressor, counteracting ERK-induced neoplasia. HOXB8 tumor suppressor function relies on a large reversion of the oncogenic transcriptome induced by ERK oncogenic activation. In addition to showing that HOXB8 protein controls the transcriptional responsiveness to ERK oncogenic signaling, this study identified new downstream targets of ERK oncogenic activation in an in vivo context that could provide clues for therapeutic strategies. Using these data, the fourth part of my thesis was to identify downstream targets of the MAPK/ERK oncogenic pathway conserved in human pathology, and to characterize their functions. Using chicken embryo and human cell culture as models, and by analyzing human biopsies, I identified a new potential oncogene downstream of MAPK/ERK oncogenic signaling in the early stages of human melanoma development. I found that this protein promotes multinucleation of cancer cells and I propose that this protein could promote tumor aggressiveness downstream of the MAPK/ERK oncogenic pathway by favouring the emergence of cell heterogeneity in melanoma and other solid tumors in which it is ectopically expressed.