Regulatory networks driving bladder cancer

par Rémy Nicolle

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Mohamed Elati et de François Radvanyi.

Soutenue le 09-01-2015

à Evry-Val d'Essonne , dans le cadre de Ecole doctorale des Génomes aux organismes (2000-2015 ; Versailles) , en partenariat avec Institut de biologie systémique et synthétique (Evry) (laboratoire) et de Institut Curie (Paris) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Christophe Ambroise.

Le jury était composé de Céline Lefebvre.

Les rapporteurs étaient Charles-Henri Lecellier, Frédéric Devaux.

  • Titre traduit

    Réseaux de régulation du cancer de la vessie


  • Résumé

    La carcinogénèse est une conséquence de la continuelle activation de la prolifération cellulaire. Dans les cellules normales, les signaux mitogéniques sont traités par un réseau complexe d’interactions protéiques et de réactions enzymatiques, appelées voies de signalisation. Dans certains cas, le signal peut induire l’activation de nouveaux gènes et ainsi déclencher la mitose. Lors du développement ou de la cicatrisation, cette régulation du phénotype cellulaire contrôle étroitement le nombre et le comportement des cellules contribuant ainsi au maintien d’un tissu fonctionnel sain. A partir de profils génomiques, transcriptomiques et protéomiques de tumeurs de la vessie ainsi que des transcriptomes de cellules urothéliales normales dans différents états de prolifération et de différenciation, j’ai mis au point de nouvelles méthodologies pour caractériser les voies de signalisation et de régulation responsables des cancers de la vessie. Dans un premier temps, j’ai développé des outils pour l’identification et la visualisation des programmes transcriptionnels spécifiques à une tumeur ou à un sous-type tumoral et ce, par l’inférence d’un réseau de co-régulation et la prédiction de l’activité des facteurs de transcription. Ces méthodes sont disponibles dans un package Bioconductor, CoRegNet (bioconductor.org). La mesure de l’activité transcriptionnelle est basée sur l’influence d’un facteur de transcription sur l’expression de ses gènes cibles. Cette mesure a été utilisée pour identifier les régulateurs les plus actifs de chaque sous-type de cancer de la vessie. L’intégration de profils génomiques a mis en avant deux facteurs de transcription génétiquement altérés et ayant des rôles oncogènes dans les tumeurs luminales et basales. L’un d’entre eux a été validé expérimentalement dans ce travail.L’utilisation de CoRegNet a mis en évidence une large utilisation dans les tumeurs,des réseaux normaux de la différenciation et de la prolifération des cellules normales. Un régulateur de la prolifération normale est identifié comme étant activé de fa¸con constitutive par des altérations génétiques dans les tumeurs. Son impact sur la prolifération des cellules tumorales de la vessie a été expérimentalement validé. Par ailleurs, il a été constaté que l’un des régulateurs de la différenciation urothéliale présentant une baisse d’activité dans la quasi-totalité des tumeurs, est fréquemment muté. De plus amples analyses ont mis en avant son rôle majeur dans les tumeurs différenciées. Dans le but de caractériser les voies de signalisation à partir de données protéomiques d’expériences d’immunoprécipitations, j’ai développé un nouvel algorithme visant à construire un réseau dense à partir d’une liste de protéines d’intérêt et d’un ensemble d’interactions protéiques connues. L’algorithme est proposé sous la forme d’une application Cytoscape et s’intitule Pepper: Protein Complex Expansion using Protein-Proteininteraction networks (apps.cytoscape.org) Enfin, en utilisant à la fois le profil protéomique d’une expérience d’immunoprécipitation de FGFR3 ainsi que le profil transcriptomique des gènes qu’il régule en aval, j’ai appliqué Pepper pour caractériser la voie de signalisation de FGFR3 depuis ses partenaires protéiques jusqu’aux facteurs de transcription en aval. Enfin, ce travail a plus particulièrement permis d’identifier un lien de régulation entre FGFR3 et le gène suppresseur de tumeurs TP53.


  • Résumé

    Carcinogenesis is a consequence of the unceasing activation of cell proliferation. In normal cells, mito-genic stimuli are processed by a complex network of protein interactions and enzymatic reactions, often referred to as pathways, which can eventually trigger the activation of new genes to engage the cell into mitosis. During developmental or wound healing processes, this complex regulation of cellular phenotypes results in a tight control of the number and behavior of cells and therefore contributes to the maintenance of a functional and healthy tissue architecture. Based on genomic, transcriptomic and proteomic profiles of bladder tumors and transcriptomes of nor-mal urothelial cells at various states of proliferation and differentiation, I devised novel methodologies to characterize the pathways driving bladder cancer. I first developed a set of tools to identify and visualize sample and subtype-specific transcriptional pro-grams through the inference of a co-regulatory network and the prediction of transcription factor activity. These methods were embedded in a Bioconductor package entitled CoRegNet (bioconductor.org). The measure of transcriptional activity is based on the influence of a transcription factor on the expression of its target genes and was used to characterize the most active regulators of each bladder cancer subtypes. The integration of genomic profiles highlighted two altered transcription factors with driver roles in lumi-nal-like and basal-like bladder cancer, one of which was experimentally validated. The use of CoRegNet to model the contribution of regulatory programs of normal proliferation and diffe-rentiation in bladder cancers underlined a strong preservation of normal networks during tumorigenesis. Furthermore, a regulator of normal proliferation was found to be constitutively activated by genetic al-terations and its influence on bladder cancer cell proliferation was experimentally validated. In addition, a master regulator of urothelial differentiation was found to have a loss of activity in nearly all tumors. This was then associated to the discovery of frequent inactivating mutations and further analysis unco-vered a major role in differentiated tumors. In order to characterize signaling pathways from proteomic pull-down assays, I then designed a novel algorithm to grow a densely connected network from a set of proteins and a repository of protein interac-tions. The proposed algorithm was made available as a Cytoscape application named Pepper for Protein Complex Expansion using Protein- Protein interaction networks (apps.cytoscape.org). Finally, using both a proteomic pull-down assay of the bladder cancer oncogene FGFR3 and a transcrip-tomic profiling of its downstream regulated genes, I applied Pepper to characterize the full FGFR3 signa-ling pathway from its protein partners to the downstream transcriptional regulators. In particular, this uncovered a regulatory link between FGFR3 and the tumor suppressor TP53.

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  • Sous le titre : Regulatory networks driving bladder cancer
  • Détails : 1 vol. (xiv-188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 169-188.
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