LA PÉRIOSTINE, UN NOUVEAU BIOMARQUEUR DES

THÈSE
Présentée devant l'UNIVERSITÉ CLAUDE BERNARD ± LYON 1SRXUO¶REWHQWLRQGX
DIPLÔME DE DOCTORAT EN SCIENCES DE LA VIE
(arrêté du 7 août 2006)
Soutenue publiquement le 16 Novembre 2010, par
Sylvain CONTIÉ
LA PÉRIOSTINE, UN NOUVEAU BIOMARQUEUR DES
MÉTASTASES OSSEUSES 'e9(/233(0(17'¶81
IMMUNODOSAGE ET ÉVALUATION PRÉCLINIQUE
INSERM UMR 664 :
« Mécanismes et Traitements des Métastases Osseuses des Tumeurs Solides »
École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrée et Cognitive
Directeur de thèse : Dr Patrick GARNERO
Co-Directeur de thèse : Dr Philippe CLÉZARDIN
Membres du jury :
Monsieur le Professeur Roland CHAPURLAT
Monsieur le Professeur Jean-Jacques BODY
Monsieur le Professeur Saïd KAMEL
Monsieur le Docteur Patrick GARNERO
Monsieur le Docteur Philippe CLÉZARDIN
Président du Jury
Rapporteur
Rapporteur
Examinateur
Examinateur
Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été réalisés en collaboration avec la société Synarc Biochemical
0DUNHUVGDQVOHFDGUHG¶XQH&RQYHQWLon Industrielle de Formation par la Recherche (CIFRE) instruite par
O¶$VVRFLDWLRQ1DWLRQDOHGHOD5HFKHUFKHHWGHOD7HFKQRORJLH$157
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REMERCIEMENTS
La thèse est une expérience ŝŶĚŝǀŝĚƵĞůůĞŵĂŝƐƉĂƐƐŽůŝƚĂŝƌĞ͘͛ĞƐƚƉŽƵƌƋƵŽŝũĞƚŝĞŶƐăĞdžƉƌŝŵĞƌŵĂƉƌŽĨonde gratitude
ăƚŽƵƚĞƐĐĞůůĞƐĞƚĐĞƵdžƋƵŝ͕ƉƌŽĨĞƐƐŝŽŶŶĞůůĞŵĞŶƚŽƵƉĞƌƐŽŶŶĞůůĞŵĞŶƚ͕ŵ͛ŽŶƚĂĐĐŽŵƉĂŐŶĠĂƵĐŽƵƌƐĚĞĐĞƐĂŶŶĠĞƐ͘
:Ğ ƌĞŵĞƌĐŝĞ ƚŽƵƚ Ě͛ĂďŽƌĚ ŵŽŶ ĚŝƌĞĐƚĞƵƌ ĚĞ ƚŚğƐĞ Ğƚ ƚƵƚĞƵƌ ŝŶĚƵƐƚƌŝĞů͕ WĂƚƌŝĐŬ 'ĂƌŶĞƌŽ͕ ĂŝŶƐŝ ƋƵĞ ŵŽŶ ƚƵƚĞƵƌ
académique, Philippe Clézardin, pour la confiance qu'ils m'ont témoignée en m'accueillant au sein de leur structure
respective et en me confiant ce projet de Recherche & Développement.
Je remercie également Jean-Jacques Body et Saïd Kamel pour avoir accepté de juger ce travail de thèse en qualité
de rapporteur, ainsi que Roland Chapurlat pour avoir accepté de présider le Jury.
Merci à tous les gens du laboratoire ƉŽƵƌ ůĂ ŐĞŶƚŝůůĞƐƐĞ ƐĂŶƐ ĨĂŝůůĞ ƋƵĞ ǀŽƵƐ ŵ͛ĂǀĞnj ƚĠŵŽŝŐŶĠe depuis notre
ƉƌĞŵŝğƌĞ ƌĞŶĐŽŶƚƌĞ ͙ ŵĠŵŽƌĂďůĞ ͙ Depuis͕ ũ͛Ăŝ ďŝĞŶ ƌĂƚƚƌĂƉĠ ůĞ ĨƵƐĞĂƵ ŚŽƌĂŝƌĞ Lyonnais. Mention spéciale à
Vincent, complice de toutes les bonnes blagues ; à Marie-Claude, victime de (presque) toutes ces blagues ; à
Marion, Blandine et Anaïs, les trois mousquetaires, mais avec plus de glamour et moins de moustache. Les
ƚŚĠƐĂƌĚƐ͕ďŝĞŶƚƀƚĐĞƐĞƌĂăǀŽƚƌĞƚŽƵƌĚĞƚĞƌŵŝŶĞƌĐĞƚƚĞĂǀĞŶƚƵƌĞŵĂŝƐũĞǀŽƵƐƐŽƵŚĂŝƚĞĚ͛ĂǀĂŶĐĞĚĞƌĠƵƐƐŝƌƚŽƵƐĐĞ
que vous entreprendrez par la suite. Aux anciennes, Céline et Flo, avec qui on a tant partagé (notamment des
clopes͕ &ůŽ͙Ϳ͘ Céline, rancunière, tu ĞƐ ƉĂƌƚŝĞ ĞŶ ƵƐƚƌĂůŝĞĂƵůŝĞƵĚ͛ĂƐƐŝƐƚĞƌă ŵĂƚŚğƐĞĐĂƌũ͛ĠƚĂŝƐ ĂƵdž ƚĂƚƐ-Unis
quand tu soutenais la tienne. A Olivier « definitively » Peyruchaud et Edith « tabernacle » Bonnelye, merci pour les
moments « rock & roll » et ůĞƐ ĚĠďĂƚƐ Ě͛ŝĚĠĞƐpartagés. Et enfin à Delphine, Claire-Marie et Ismahène, pour vos
conseils, et votre participation à la bonne humeur de ce petit village de chercheurs.
DĞƌĐŝăƚŽƵƐůĞƐ ŐĞŶƐ ĚĞ ^zEZ ƉŽƵƌĐĞƐƚƌŽŝƐĂŶŶĠĞƐĚ͛ĞdžƉĠƌŝĞŶĐĞĚĂŶƐůĞŵŽŶĚĞĚĞ la R&D. A Elise, Fabrice,
Pascaline, Aurélie et Emeric, pour les franches rigolades même dans les moments difficiles. A Nathalie pour tes
conseils et le temps consacré à mes manuscrits. A Karine pour ton aide sur les dosages radioactifs, grâce à toi je
Ŷ͛Ăurais pas une deuxième tête qui pousse dans le dos. A Nadine et Samia, toujours là pour nous conseiller sur les
petits trucs de la vie. Sans oublier la ďŽŶŶĞŚƵŵĞƵƌĚ͛/ŶŐƌŝĚĞƚĚĞůĂͨ Tea-Time Team » aussi, qui se reconnaîtra !
Je tiens aussi à exprimer mes pensées pour ceux qui étaient là dès mes premiers pas dans le monde de la
recherche : Anne, Xavier, Stéphanie, Valérie, Alexandre et Luc. Merci pour vos premiers enseignements, vos conseils
ĞƚǀŽƚƌĞĞŶƚŚŽƵƐŝĂƐŵĞ͘^ŝũĞŶ͛ĠƚĂŝƐƉĂƐƉĂƐƐĠĐŚĞnjǀŽƵƐ͕ũĞŶĞƐĞƌĂŝƐƉĂƐŝĐŝĂƵũŽƵƌĚ͛ŚƵŝ͘DĞƌĐŝƚŽƵƚƉĂƌƚŝĐƵůŝğƌĞŵĞŶƚ
ă^ƚĞƉŚ͛ĞƚyĂǀ͛ƋƵŝŵ͛ŽŶƚƉĞƌŵŝƐĚĞĐƌŽƋƵĞƌŝŐƉƉůĞ deux ans de suite ! A tous mes vieux amis du Sud-Ouest qui,
ŵġŵĞƐ͛ŝůƐŶ͛ĠƚĂŝĞŶƚƉĂƐŐĠŽŐƌĂƉŚŝƋƵĞŵĞŶƚƉƌŽĐŚĞƐ͕ĠƚĂŝĞŶƚƚŽƵũŽƵƌƐavec moi.
Ama mamaŶ͕ ƋƵŝ Ă ƚŽƵũŽƵƌƐ ĐƌƵ ĞŶ ŵŽŝ͕ ŵ͛Ă ƚŽƵũŽƵƌƐ ůĂŝƐƐĠĨĂŝƌĞ ŵĞƐ ĐŚŽŝdž͕ Ğƚ ĂŝŶƐŝ ƉĞƌŵŝƐ Ě͛ĂǀŽŝƌ ĚĞ ƐŽůŝĚĞƐ
convictions dans ce que je réalisais. Merci pour ta patience et ta bienveillance. A mon grand frère et ma petite
ƐƈƵƌ͕ maintenant que cette thèse Ɛ͛ĂĐŚğǀĞ je pourrai être un peu plus présent ƉŽƵƌǀŽƵƐ͘ŵŽŶƉğƌĞ͕ƋƵŝŵ͛Ă
permis de faire ces études tellement ůŽŶŐƵĞƐĞƚĂƌƌŝǀĞƌăŵĞƐ ĨŝŶƐ͘ŵĂŵĂŵŝĞƋƵŝŵ͛ĂƚƌĂŶƐŵŝƐ ů͛ĂŵŽƵƌ ĚĞůĂ
ĐƵŝƐŝŶĞ͕ĞƚăŵŽŶƉĂƉŝƋƵŝŵ͛ĂƚƌĂŶƐŵŝƐů͛ĂŵŽƵƌĚĞĐĞƋƵĞũĞĐƵŝƐŝŶĞ͕ ĞƚƵŶƉĞƵĚĞƐŽŶĐĂƌĂĐƚğƌĞĂƵƐƐŝ͙ƚĞŶĨŝŶ͕
merci à ma petite Elise, plus personnellement cette fois, pour m͛avoir patiemment supporté et soutenu de tout son
amour pendant ces longues années ; une nouvelle vie commence !
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TABLE DES MATIÈRES
3
TABLE DES MATIÈRES
TABLE DES MATIÈRES ............................................................................................................................................. 3
TABLE DES ILLUSTRATIONS ..................................................................................................................................... 6
LISTE DES ABRÉVIATIONS ....................................................................................................................................... 7
RÉSUMÉ . ................................................................................................................................ .............................. 8
PARTIE I : AVANT-PROPOS ..................................................................................................................................... 9
PARTIE II : INTRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE ................................................................................................ .... 11
1. LE TISSU OSSEUX HUMAIN ................................................................................................................... 12
1.1 Organisation macroscopique du tissu osseux ........................................................................................ 13
1.1.1 >͛ŽƐĐŽƌƚŝĐĂů .......................................................................................................................................... 14
1.1.2 >͛ŽƐƚƌĂďĠĐƵůĂŝƌĞ ................................................................................................................................... 15
1.2 Organisation microscopique et cellulaire du tissu osseux....................................................................... 16
1.2.1 La matrice extracellulaire osseuse ......................................................................................................... 16
1.2.1.1 Matrice organique ................................................................................................................................ 16
1.2.1.1.1 Le collagène .......................................................................................................................................... 16
1.2.1.1.2 Les protéines non collagéniques ........................................................................................................... 17
1.2.1.2 Matrice inorganique ............................................................................................................................. 19
1.2.2 Les cellules osseuses ............................................................................................................................. 20
1.2.2.1 Les ostéoclastes .................................................................................................................................... 20
1.2.2.1.1 >͛ŽƐƚĠŽĐůĂƐƚŽŐĞŶğƐĞ.............................................................................................................................. 20
1.2.2.1.2 La résorption osseuse ........................................................................................................................... 22
1.2.2.2 Les ostéoblastes ................................................................................................................................... 23
1.2.2.2.1 >͛ŽƐƚĠŽďůĂƐƚŽŐĞŶğƐĞ ............................................................................................................................. 23
1.2.2.2.2 La synthèse de matrice osseuse ............................................................................................................ 24
1.2.2.3 Les cellules bordantes ........................................................................................................................... 24
1.2.2.4 Les ostéocytes ...................................................................................................................................... 24
1.3 Remodelage osseux .............................................................................................................................. 25
1.3.1 Le remodelage osseux ͗ŵĂŝŶƚŝĞŶĚĞů͛ŝŶƚĠŐƌŝƚĠĚƵƚŝƐƐƵŽƐƐĞƵdž ............................................................. 26
1.3.2 >͛ŽƐƚĠŽĐLJƚĞ ͗ĐŚĞĨĚ͛ŽƌĐŚĞƐƚƌĞĚƵƌĞŵŽĚĞůĂŐĞŽƐƐeux ............................................................................ 27
2. PHYSIOPATHOLOGIE DES MÉTASTASES OSSEUSES DES TUMEURS SOLIDES .......................................... 29
2.1 Aspect clinique des métastases osseuses .............................................................................................. 30
2.1.1 Contexte épidémiologique .................................................................................................................... 30
2.1.2 Tumorigenèse et métastases ................................................................................................................ 30
2.1.3 Les métastases osseuses ....................................................................................................................... 30
2.2 DĠĐĂŶŝƐŵĞƐĂƐƐŽĐŝĠƐăů͛ŽƐƚĠŽƉŚŝůŝĞĚĞƐĐĂŶĐĞƌƐ ................................................................................... 31
2.2.1 >͛ŽƐƚĠŽƚƌŽƉŝƐŵĞ .................................................................................................................................... 31
2.2.1.1 Mécanismes impliqués dans la migration des cellules métastatiques vers ů͛ŽƐ ....................................... 31
2.2.1.1.1 Les chimiokines..................................................................................................................................... 31
2.2.1.1.2 Le RANKL .............................................................................................................................................. 32
2.2.1.2 ƚƚĂĐŚĞŵĞŶƚĚĞƐĐĞůůƵůĞƐăů͛ĞŶĚŽƚŚĠůŝƵŵ;ĞdžƚƌĂǀĂƐĂƚŝŽŶͿ ..................................................................... 33
2.2.1.3 Invasion / Migration.............................................................................................................................. 34
2.2.1.3.1 Les intégrines ....................................................................................................................................... 34
2.2.1.3.2 Les protéases ........................................................................................................................................ 35
2.2.2 >͛ŽƐƚĠŽŵŝŵétisme ................................................................................................................................ 36
2.3 Mécanismes de formation des métastases ostéolytiques ...................................................................... 36
2.3.1 Stimulateurs de la résorption osseuse ................................................................................................... 36
2.3.1.1 La protéine apparentée à la parathormone (PTHrP) .............................................................................. 36
2.3.1.2 Les cytokines ........................................................................................................................................ 37
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TABLE DES MATIÈRES
4
2.3.1.3 Les prostaglandines .............................................................................................................................. 38
2.3.2 Inhibiteurs de la formation osseuse ...................................................................................................... 38
2.3.2.1 Dickkopf-1 ............................................................................................................................................ 38
2.3.2.2 Noggin ................................ .................................................................................................................. 39
2.3.3 Contribution du tissu osseux dans la progression locale de la métastase ............................................... 39
2.3.3.1 Le TGF-ɴ ............................................................................................................................................... 39
2.3.3.2 >͛/'&-1 .................................................................................................................................................. 40
2.3.3.3 Le calcium............................................................................................................................................. 40
2.3.3.4 La réaction stromale ............................................................................................................................. 41
2.4 Mécanismes de formation des métastases ostéocondensantes ............................................................. 42
2.4.1 Stimulateurs de la formation osseuse ................................................................................................... 42
2.4.1.1 >͛ĞŶĚŽƚŚĠůŝŶĞd-1 ................................................................................................................................ 42
2.4.1.2 Le fragment PTHrP [1-23] ...................................................................................................................... 43
2.4.1.3 Les BMPs .............................................................................................................................................. 43
2.4.1.4 Autres facteurs ................................................................................................................................ ..... 43
2.4.2 Inhibiteurs de la résorption osseuse ...................................................................................................... 43
2.4.3 Contribution du tissu osseux ĚĂŶƐů͛ŽƐƚĠŽĐŽŶĚĞŶƐĂƚŝŽŶ ......................................................................... 44
2.5 Le cercle vicieux des métastases osseuses ............................................................................................. 44
3. Khd/>^͛/Es^d/'d/KE>/E/Yh^Dd^d^^K^^h^^ ....................................................... 46
3.1 Diagnostic clinique conventionnel ......................................................................................................... 47
3.1.1 Circonstances de découverte, signes cliniques et démarche diagnostique ............................................. 47
3.1.2 ĂƐĞƐƚĞĐŚŶŝƋƵĞƐĚĞƐŵĠƚŚŽĚĞƐĚ͛ŝŵĂŐĞƌŝĞĚĞƐŵĠƚĂƐƚĂƐes osseuses ................................................... 48
3.2 Marqueurs biochimiques circulants des métastases osseuses................................................................ 50
3.2.1 Utilité diagnostique des marqueurs du métabolisme osseux ................................................................. 50
3.2.2 Utilité pronostique des marqueurs du métabolisme osseux................................................................... 54
3.2.3 Suivi du traitement ............................................................................................................................... 55
3.2.4 Pertinence des marqueurs biochimiques et évolutions probables .......................................................... 56
4. PÉRIOSTINE : PHYSIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE ............................................................................ 58
4.1 Caractérisation ..................................................................................................................................... 59
4.1.1 Identification et localisation de la périostine ......................................................................................... 59
4.1.2 Structure du gène et de la protéine ....................................................................................................... 60
4.1.2.1 Le gène et son promoteur ..................................................................................................................... 60
4.1.2.2 Isoformes et polymorphismes ............................................................................................................... 61
4.2 ZĠŐƵůĂƚĞƵƌƐĚĞů͛ĞdžƉƌĞƐƐŝŽŶĚĞůĂƉĠƌŝŽƐƚŝŶĞ .......................................................................................... 62
4.3 Interactions moléculaires ...................................................................................................................... 64
4.3.1 La périostine et les intégrines................................................................................................................ 64
4.3.1.1 Fas-1, le domaine fonctionnel de la périostine ...................................................................................... 64
4.3.1.2 Les intégrines : une interface entre la périostine et la cellule ................................................................ . 64
4.3.2 Interactions avec les protéines matricielles ........................................................................................... 65
4.4 Rôle physiologique de la périostine : une protéine matricellulaire ? ...................................................... 65
4.4.1 La matrice extracellulaire et les protéines matricellulaires..................................................................... 65
4.4.2 La périostine : une nouvelle protéine matricellulaire ............................................................................. 67
4.4.3 Le phénotype de la souris POSTN -/- ....................................................................................................... 67
4.4.4 Réparation des lésions .......................................................................................................................... 68
4.4.5 Interactions entre périostine et MEC : influence sur la fibrillogenèse du collagène ................................ 69
4.5 Implication de la périostine dans les processus cancéreux ..................................................................... 70
4.5.1 Rôle de la périostine dans les étapes clés de la tumorigenèse................................................................ 70
4.5.1.1 Déstabilisation génomique.................................................................................................................... 71
4.5.1.2 Immortalisation .................................................................................................................................... 71
4.5.1.3 Prolifération cellulaire .......................................................................................................................... 71
4.5.1.4 Survie cellulaire ................................................................................................................................ .... 72
4.5.1.5 Angiogenèse ......................................................................................................................................... 72
4.5.1.6 Invasion du tissu et métastase .............................................................................................................. 73
4.5.1.7 Réaction stromale ................................................................................................................................. 73
4.5.2 /ŶǀĞƐƚŝŐĂƚŝŽŶĐůŝŶŝƋƵĞĚĞů͛ĞdžƉƌĞƐƐŝŽŶĚĞůĂƉĠƌŝŽƐƚŝŶĞ ........................................................................... 75
4.5.3 Conclusion ............................................................................................................................................ 77
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TABLE DES MATIÈRES
5
PARTIE III : TRAVAIL EXPÉRIMENTAL ................................................................................................................... 78
1. OBJECTIF DES TRAVAUX DE RECHERCHE............................................................................................... 79
2. s>KWWDEd͛hEEKhshK^'>/^>WZ/K^d/E/Zh>Ed : VARIATIONS LIÉES
>͛'d&&d^^/^W,K^W,KEd^,>^KhZ/^ ............................................................... 81
2.1 ^LJŶƚŚğƐĞĚĞů͛ĂƌƚŝĐůĞ .............................................................................................................................. 81
2.2 Article ................................................................................................................................................... 81
2.3 Données supplémentaires .................................................................................................................... 92
3. ÉVALUATION DE LA PÉRIOSTINE EN TANT QUE MARQUEUR CIRCULANT DE LA RÉACTION STROMALE
LIÉE AUX METASTASES OSSEUSES DU CANCER DU SEIN ....................................................................... 94
3.1 ^LJŶƚŚğƐĞĚĞů͛ĂƌƚŝĐůĞ .............................................................................................................................. 94
3.2 Article ................................................................................................................................................... 95
3.3 Données supplémentaires .................................................................................................................. 105
4. MÉTA-ANALYSE GÉNOMIQUE D>͛yWZ^^/KE  >WZ/K^d/Ed^ WZKd/E^ WWZEd^
DANS LE CANCER ................................................................................................................................ 108
4.1 ^LJŶƚŚğƐĞĚĞů͛ĂƌƚŝĐůĞ ............................................................................................................................ 108
4.2 Article ................................................................................................................................................. 109
PARTIE IV : CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES ...................................................................................... 136
PARTIE V : RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ..................................................................................................... 139
PARTIE VI : LISTE DES COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES ................................................................................ 160
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