L’histoire naturelle du cancer implique des interactions entre la tumeur et les mécanismes de défense de l’hôte, tout particulièrement avec le système immunitaire adaptatif. Ainsi la transformation de cellules normales en cellules malignes peut engendrer l’expression d’antigènes tumoraux reconnus par les lymphocytes T. Plusieurs sous-populations de lymphocytes T (LT) CD4 contrôlent les réponses antitumorales, parmi elles, les LT CD4 helper de type-1 (Th1) jouent un rôle activateur majeur de l’immunité à médiation cellulaire antitumorale. Ils deviennent actifs grâce à la reconnaissance des peptides de 15 à 20 acides aminés dérivés d’antigènes tumoraux et présentés par les molécules HLA de classe II. Ils sont nécessaires à l’induction et la fonction des cellules effectrices dirigées contre les tumeurs notamment les lymphocytes T CD8 cytotoxiques (CTL). De plus la présence de lymphocytes CD4 Th1 infiltrant les tumeurs est souvent associée à un bon pronostic chez les patients. A l’aide d’un modèle in vitro chez l’homme et in vivo chez des souris transgéniques HLA, nous avons identifié quatre nouveaux peptides CD4 dérivés de la télomérase (TERT) un antigène de tumeur exprimé dans la majorité des cancers humains. Ces peptides appelés «Universal Cancer Peptide, UCP» se lient à la majorité des allèles HLA-DR et sont capables d’activer spécifiquement les LT CD4 de type-1. Des LT CD4 circulants spécifiques des UCP sont naturellement détectables dans plusieurs cancers humains mais absents chez des individus sains. Des clones T CD4 spécifiques des UCP générés à partir des lymphocytes de patients, produisent de forts taux d’IFN, TNF, et d’IL-2, cytokines associées à la polarisation Th1. L’analyse par ELISPOT IFN, de LT CD4 anti-UCP circulants au sein d’une cohorte de 84 patients atteints de cancers bronchiques métastatiques a montré la présence naturelle de ces lymphocytes chez 38 % des patients. De plus un effet bénéfique de la présence de cette réponse sur la survie globale a été observé chez les patients ayant une réponse clinique objective après chimiothérapie (13 vs 10 mois, P< 003). In vivo, l’immunisation de souris transgéniques HLA-A2/HLA-DR1 (Tg A2/DR1) avec les peptides UCP stimule des réponses T CD4 spécifiques caractérisées par une polarisation Th1. Nous avons montré que la présence in vivo de LT CD4 anti-UCP est nécessaire pour l’induction de réponses CTL antitumorales efficaces. Ainsi chez des souris co-immunisées en présence d’un peptide UCP, on observe un accroissement en nombre et de la qualité des réponses CTL proportionnellement à l’aide délivrée par les LT CD4 anti-UCP. L’induction de LT CD4 anti-UCP s’accompagne également d’une activation des cellules dendritiques in vivo via un mécanisme impliquant CD40L, IFN et GM-CSF. Dans un modèle de mélanome transplantable chez les souris Tg A2/DR1 nos résultats ont montré qu’une vaccination thérapeutique comportant un peptide UCP favorise un meilleur recrutement de CTL fonctionnels dans les tumeurs et améliore ainsi l’efficacité antitumorale du vaccin. Ces résultats confirment le rôle antitumoral majeur des lymphocytes CD4 Th1 et soulignent l’intérêt clinique de stimuler des réponses T CD4 spécifiques d’antigènes tumoraux de relevance clinique comme TERT. / Recent advances in immunology have now validated the concept of cancer immunosurveillance and the leading role of adaptative T cell immunity. Until a few years ago, antitumor CD8 T cell responses have been the most studied due to their direct cytotoxic activity on tumor cells. On the other hand, study of antitumor CD4 T cell responses are even more challenging because of the heterogeneity and plasticity of the various CD4 T cells subpopulations described. Among them, CD4 T helper type-1 cells (Th1), mainly characterized by the production of IFN, control the activation of antitumor cellular immunity. Thus, stimulation of specific CD4 Th1 cells may have a major interest for the development of anticancer immunotherapies. During this research thesis, we characterized novel HLA class II epitopes derived from a relevant tumor antigen, telomerase (TERT), and studied their capacities to stimulate specific CD4 Th1 cell responses. Using a method based on predictive immunology, we identified 4 peptides derived from TERT, referred as « Universal Cancer Peptides » (UCPs), enable to bind the most commonly found HLA-DR alleles in human. Using HLA-A2/HLA-DR1 transgenic mouse model, we first evaluated the in vivo immunogenicity of these peptides. Immunization of mice with UCPs induces high avidity specific CD4 T cells. The study of their polarization showed that UCP-specific CD4 T cells do not produce IL-4, -5, -10 or -17 cytokines, excluding a Th1, Treg or Th17 differentiation. In contrast, we measured high amount of IFN and IL-2 which characterize a Th1 pattern. The study of helper role allow us to demonstrate that CD8 peptide-based vaccinations in presence of UCPs enhance the efficacy of tumor specific CTL responses. Indeed, the intensity of these responses is strongly correlated with that of UCP-specific CD4 T cells induced in vivo. Furthermore, the stimulation of UCP-specific CD4 T cells promotes activation and IL-12 release by dendritic cells through a mechanism that involves IFN, GM-CSF and CD40L. We also demonstrated the antitumor efficacy of UCPs during a therapeutic vaccination in mice, as well as their capacity to foster the recruitment of specific CD8 T cells at the tumor site. In addition, the presence of naturally occurring UCP-specific CD4 T cell responses was found in different types of cancers such as leukemia, lung, colorectal or renal cancers. A study conducted in a cohort of 84 metastatic lung cancer patients revealed a synergistic effect of spontaneous UCP-specific CD4 Th1 and chemotherapy-treatment. Altogether, this study provides further evidences that stimulation of antitumor CD4 Th1 cells is a powerful method to improve cancer vaccines and also highlights the interest of TERT-derived UCPs for the innovative monitoring of antitumor CD4 T cell responses

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Human T-lymphotropic virus type I (HTLV-I) is a persistent human retrovirus characterized by life-long infection and risk of developing HAM/TSP, a progressive neurological and inflammatory disease. Despite extensive studies of HTLV-I, a complete understanding of the viral dynamics has been elusive. Previous mathematical models are unable to fully explain experimental observations. Motivated by a new hypothesis for the mechanism of HTLV-I infection, a three dimensional compartmental model of ordinary differential equations is constructed that focusses on the highly dynamic interactions among populations of healthy, latently infected, and actively infected target cells. Results from mathematical and numerical investigations give rise to relevant biological interpretations. Comparisons of these results with experimental observations allow us to assess the validity of the original hypothesis. Our findings provide valuable insights to the infection and persistence of HTLV-I in vivo and motivate future mathematical and experimental work. / Applied Mathematics