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ECOLE DOCTORALE/PHD PROGRAM
CANCEROLOGY/ONCOLOGY
SUJET DE THESE N° 21
ANNEE UNIVERSITAIRE 2014-2015
TITRE DU PROJET DE RECHERCHE (en français ET en anglais)
Potentialisation de la radiothérapie métabolique à l’iode 131 après transfert des gènes
codant le symporteur (Na+/I-) et le système d’organification de l’iode.
L’EQUIPE D’ACCUEIL DES DOCTORANTS
Nom du directeur ou de la directrice de thèse (HDR requise) :
Dr. Corinne Dupuy (DR2 CNRS, HDR)
L’Equipe d’Accueil des Doctorants
(Intitulé du Laboratoire, adresse postale, e-mail, téléphone)
Equipe « Espèces réactives de l’oxygène »
UMR 8200 CNRS
Institut Gustave Roussy
114 rue Edouard Vaillant
94805 Villejuif Cedex
E-mail : [email protected]
Tél. : +33 1 42 11
Nom du directeur ou de la directrice du Laboratoire :
Dr. Patricia Kannouche – CNRS 8200
NOMBRE DE DOCTORANTS ACTUELLEMENT DANS L’EQUIPE D’ACCUEIL DES DOCTORANTS
(noms, prénoms et année d’inscription en thèse)
Azouzi Naïma : co-tutelle de thèse 2ème année
Ecole Doctorale de Cancérologie, Biologie, Médecine et Santé 418
DESCRIPTION DU PROJET DE RECHERCHE (en français ET en anglais)
Potentialisation de la radiothérapie métabolique
La réussite du traitement des cancers différenciés de la thyroïde est basée sur l'expression du symporteur
Na+ /I- (NIS) à la surface des cellules cancéreuses. Cette protéine favorise l'absorption et la concentration
de l’iodure et d'autres anions tels que le pertechnétate de sodium dans les cellules cancéreuses. Cette
propriété est exploitée pour la détection et la localisation des sites métastatiques par imagerie SPECT
après l'administration de doses traceuses de 99mTcO4- aux patients ainsi que pour son traitement par
l'administration de doses thérapeutiques de 131I qui seront accumulés dans la tumeur et irradieront les
cellules cancéreuses. Cette approche thérapeutique est dénommée «radiothérapie métabolique».
Le clonage du NIS et l'incorporation de sa séquence codante dans des vecteurs de transfert de gène a
conduit à une ligne de recherche pré-clinique visant à introduire le NIS dans des tumeurs ne l’exprimant
pas pour quelles soient traitées par radiothérapie métabolique. Plus précisément, le NIS a été incorporé
dans différents vecteurs comprenant des vecteurs synthétiques non-viral, des adenovirus à replication
déficiente, des retrovirus, des adenovirus oncolytiques, etc … Le spectre des cancers ainsi testés est très
large et inclus des cancers du côlon, de la prostate, du pancréas, du sein, de l'ovaire, du poumon ainsi que
les myélomes et les mélanomes. Les données accumulées dans ce domaine par plus de 15 laboratoires
différents, situés respectivement en Europe, aux Etats-Unis et en Asie, ont démontré sans ambiguïté la
validité de cette approche. Cependant, toutes ces études ont mis en évidence une limitation de la stratégie
dans sa forme actuelle : la dose thérapeutique de 131I qui doit être administrée pour obtenir un effet
thérapeutique important est trop élevée pour être considérée chez l’homme. La raison principale de la
nécessité de l’administration d’une dose élevée d’iode radioactif pour éradiquer les tumeurs est que, dans
ce cas, le NIS ne conduit qu’à une concentration transitoire du radioisotope dans les cellules tumorales.
Dans la thyroïde, l’iode est utilisé pour la biosynthèse des hormones thyroïdiennes T3 et T4 et une voie
spécifique est mis en place pour le maintenir covalemment à la matrice de l’hormonogenèse : la
thyroglobuline. Ce processus, qui est appelé «organification", est catalysé par la thyroperoxydase (TPO) en
présence d’un système générateur de H2O2 constitué respectivement de la NADPH oxydase DUOX2 et de
son partenaire fonctionnel DUOXA2. Ainsi l’expression de ces protéines impliquées dans l’organification de
l’iode pourrait conduire à une importante amélioration de la radiothérapie métabolique pour les cellules
cancéreuses en favorisant la rétention de l’iode radioactif.
En collaboration avec Yves Ambroise (CEA, Saclay) nous avons démontré que l’expression transitoire du
gène codant le NIS avec les gènes codant respectivement la TPO et le système générateur d’H2O2
(DUOX2/DUOXA2) qui lui est associé conduit à une organification de l’iode dans des cellules non
thyroïdiennes (données non publiées). Afin de valider ces données in vivo, nous avons entrepris d’établir
une lignée cellulaire stable exprimant les 4 gènes. Pour cela, des vecteurs lentiviraux ont été construits par
la société LabOmics (Nivelles, Belgique). Ces vecteurs co-expriment avec le gène d’intérêt un gène codant
une protéine « rapporteur » facilement identifiable, quantifiable et sélectionnable par cytométrie en flux
(eGFP, eYFP, eCFP). La lignée cellulaire qui a été choisie est la lignée HT-29 (cellules humaines de
cancer du côlon).
A la lumière des données obtenues in vitro, notre projet a trois objectifs clairement définis: i) déterminer
l'ampleur de l’organification qui peut être réalisée in vivo dans des modèles tumoraux murins exprimant
toutes les protéines nécessaires pour l’organification de l’iode, II) déterminer si l’organification conduit à
une efficacité accrue de la radiothérapie métabolique à des doses de 131I allant de 50 à 200 µCi (par
opposition de 1 à 3 mCi nécessaire avec le NIS seul) et III) en collaboration avec une équipe spécialisée
dans la vectorisation, rechercher le meilleur système de transfert pour exprimer l’ensemble des transgènes
dans les tumeurs in vivo.
Ce programme de recherche bénéficiera de la disponibilité d'un SPECT / CT scanner dédié au petit animal
située dans le laboratoire de l'équipe Thierry Pourcher (CEA – Nice).
Ecole Doctorale de Cancérologie, Biologie, Médecine et Santé 418
The successful treatment of differentiated thyroid carcinoma is based on the expression of the Na/I
symporter (NIS) at the surface of cancerous cells. This protein promotes the uptake and concentration of
iodide and other anions such as pertechnetate into cancer cells. This property is exploited for the detection
and localisation of metastatic disease sites by SPECT imaging after administration of tracer doses of
99mTcO4- to the patients as well as for its treatment, through the administration of therapeutic doses of
131I that will be accumulated in the tumour and irradiate the cancer cells. This therapeutic approach is
referred to as "metabolic radiotherapy".
The cloning of NIS and the incorporation of its coding sequence into gene delivery vectors led to a line of
preclinical research aiming at the introduction of NIS into NIS-negative tumours for their treatment by
metabolic radiotherapy. More specifically, NIS was incorporated into gene delivery vectors that included
non-viral synthetic vectors, replication-deficient adenoviruses, retroviruses, oncolytic adenoviruses,
oncolytic measles and vaccinia viruses. The spectrum of cancer-type tested was very wide and included
colorectal, prostate, pancreatic, breast, ovarian, lung cancers as well as myelomas and melanomas. The
data accumulated in this field by more than 15 different laboratories located in Europe the USA and Asia
demonstrated unambiguously the validity of this approach. However, all these studies highlighted a key
limitation of the strategy in its present form: the therapeutic dose of 131I that needs to be administered to
obtain a significant therapeutic effect and a complete elimination of the tumours in certain cases is too high
to be considered in humans. The main reason for this necessity for a high dose of 131I is that NIS
expression in non-thyroid tissues results only in a transient concentration of the radiotracer in the cell.
In the thyroid, iodide is used to generate the thyroid hormones T4 and T3 and a specific pathway is in place
to retain iodide, through its covalent binding to a protein called thyroglobulin. This process, which is referred
to as "organification", is catalyzed by the thyroperoxidase (TPO) in the presence of a generating system
constituted of the NADPH oxidase DUOX2 and its functional Partner DUOXA2. Thus, the identification of all
the partners involved in the process of organification of iodide in the thyroid and their ectopic expression in
cancer cells could lead to a dramatic improvement of metabolic radiotherapy in cancer cell. In collaboration
with Yves Ambroise (CEA, Saclay) we have shown that transient expression of the gene encoding NIS with
genes encoding respectively TPO and the H2O2 generator system (DUOX2/DUOXA2) leads to an
organification of iodine in non-thyroid cells (unpublished data). To validate these data in vivo, we set out to
establish a stable line expressing four genes. For this purpose, lentiviral vectors were constructed by the
company LabOmics (Nivelles, Belgium). These vectors co-express the gene of interest with a gene
encoding a "reporter" easily identifiable, quantifiable and selectable by flow cytometry (eGFP, EYFP,
ECFP). Cell line that has been chosen is the HT-29 cell line (human colon cancer cells)
In the light of the data obtained in vitro, the project has three clearly-defined aims: i) determine the extent of
organification that can be achieved in vivo in murine tumour models expressing all proteins required for
iodide organification, ii) determine whether the organification achieved leads to an increased efficacy of the
metabolic radiotherapy at doses of 131I ranging from 50 to 200 μCi (as opposed to 1 to 3 mCi required with
NIS alone), iii) determine the best delivery system to express these transgenes in cancer cells in vivo.
This programme of research will benefit from the availability of a dedicated small animal SPECT/CT
scanner located in the laboratory of Thierry Pourcher (CEA – Nice).
Ecole Doctorale de Cancérologie, Biologie, Médecine et Santé 418

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