Etude des mécanismes de fractionnement isotopique du cuivre par les cellules eucaryotes. Vers le développement d'un nouveau biomarqueur non-invasif de l'apparition d'une chimio-résistance au cisplatine des cellules cancéreuses

par Jean-Loup Cadiou

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de Francis Albarède et de Sylvain Pichat.

Soutenue le 01-12-2017

à Lyon , dans le cadre de École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon , en partenariat avec École normale supérieure de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (laboratoire) .

Le président du jury était Guillemette Menot.

Le jury était composé de Francis Albarède, Sylvain Pichat, Guillemette Menot, Amélie Cappelaere-Lansiaux, Philippe Oger.

Les rapporteurs étaient Amélie Cappelaere-Lansiaux, Frank Vanhaecke.


  • Résumé

    Le développement de cancer entraîne une dérégulation du métabolisme du cuivre (Cu) qui a notamment été étudiée par analyse de la composition isotopique naturelle du Cu. Les cellules tumorales hépatiques sont enrichies en isotopes lourds du Cu par rapport aux cellules péri-tumorales. Le but de cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de cette différence, en utilisant la levure Saccharomyces cerevisiae dont les mécanismes de réduction et d'import du Cu sont proches de ceux de l'Homme. En mutant les gènes codants pour les importateurs ou les réductases du Cu, j’ai montré que son import protéique génère un enrichissement intracellulaire en isotopes légers du Cu, qui est modulé par l'activité des réductases. Une modélisation numérique m’a permis de montrer que le flux de Cu par les importateurs haute-affinité Ctr est linéairement et négativement corrélé à la composition isotopique du Cu. Ce flux étant modulé par la capacité de réduction membranaire du Cu, j’ai pu lier l'enrichissement en isotopes lourds du Cu des cellules hépatiques tumorales à une diminution de l'activité des réductases membranaires. Par ailleurs, pour un même fond génétique, j'ai mis en évidence une corrélation entre un moindre enrichissement en isotopes légers du Cu et une résistance accrue à un médicament anticancéreux, le cisplatine. De plus, le traitement au cisplatine entraîne un enrichissement des cellules en isotopes lourds du Cu d'autant plus petit que la souche est résistante au cisplatine. Ainsi, ces résultats montrent que la mesure de la composition isotopique du Cu avant et après traitement au cisplatine pourrait permettre de suivre l'apparition d’une chimiorésistance chez les malades, caractérisée par un enrichissement en isotopes lourds du Cu dans les tumeurs, ce qui ouvre la voie au développement d'un nouveau biomarqueur non-invasif de l'apparition d'une résistance au cisplatine.

  • Titre traduit

    Mechanisms of copper isotopic fractionation in eukaryotic cells. Toward the development of a new noninvasive biomarker of cisplatin chemoresistance apparition in cancerous cells.


  • Résumé

    Cancer development leads to Cu metabolism disregulation which were especially studied by the natural copper (Cu) isotopic composition. Hepatocellular carcinoma (hCC) are enriched in heavy Cu isotopes compared to peri-tumoral cells. The goal of this thesis is to identify the mechanism responsible for this difference. I used the yeast Saccharomyces cerevisiae where Cu reduction and Cu import mechanism are close to the human. By mutating the genes coding for Cu reductases or Cu importers, I showed that protein Cu import generate an intracellular light Cu enrichment which is modulated by Cu reductases activity. With a numerical modelisation I calculated that the Cu flux through high-affinity Cu importers is linearly and negatively correlated to the natural Cu isotopic composition. This flux is modulated by the cell reduction ability. Therefore, I have linked the heavy Cu isotopes enrichment in hCC to a lower reductases activity. Besides, for a same genetic background, I observed a correlation between a lower light Cu enrichment and an higher resistance to a anti-tumoral drug, the cisplatin. Moreover, I observed that cisplatin treatment leads to an enrichment in heavy Cu isotopes which is lower for resistant to cisplatin strains. Those results shown that the Cu isotopes measurement in tumors before and after the cisplatin treatment might be used to trace the chemoresistance apparition in patient with cancer which is characaterize by a tumoral heavy Cu isotopes enrichment. This results might pave the way to the development of a new prognosis biomarker of the cisplatin resistance apparition.


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