The chemokine receptor CXCR3, which has three known variants (CXCR3-A, CXCR3-B and CXCR3-Alt), has been implicated in the recruitment of mast cells to tissues in many different chronic diseases with its agonists found in elevated levels in many pulmonary diseases. All three variants of CXCR3 were detected in cord blood-derived mast cells at the mRNA level. Using an antibody that is unable to distinguish individual CXCR3 isoforms, we detected a marked down-regulation of intracellular protein during maturation from progenitor cells, with no concomitant changes in the modest surface expression of CXCR3. The known CXCR3 agonists CXCL9, CXCL10 and CXCL11 as well as the reported CXCR3-B agonist CXCL4, were able to induce Akt and ERK1/2 phosphorylation, as well as partial degranulation. Responses to all agonists were inhibited by pre-treatment with selective CXCR3 antagonists and pertussis toxin. Use of novel isoform-selective inhibitors indicates that the p110 isoform of PI3K is required for degranulation and signalling responses to CXCR3 agonists. Unexpectedly, dual (but not individual) isoform inhibition of the class I  and  isoforms substantially inhibited signalling and degranulation responses, indicating a hitherto unrecognised synergy between these isoforms, which provide a conduit for CXCR3 signalling in mast cells.

Le rationnel pour l’utilisation des agonistes des Toll-Like Récepteurs (TLR) dans le traitement du cancer repose sur leurs effets bénéfiques au niveau des cellules du système immunitaire permettant une stimulation de la réponse immunitaire innée et adaptative. Cependant, certains types de cellules tumorales expriment les TLRs qui, une fois activés, peuvent déclencher des effets “délétères” comme la tumorigénèse.Pour mieux disséquer les effets biologiques directs et indirects d’un agoniste de TLR3, l’acide polyadenylique-polyurydilique (poly(A:U)), nous avons utilisé deux modèles tumoraux murins exprimant TLR3 et ne répondant pas à la chimiothérapie, mais capables de produire des grandes quantités de CCL5 et CXCL10 en réponse au poly(A:U) et à l’IFN de type I. In vivo, la combinaison chimiothérapie – poly(A:U) n’a permis d’obtenir qu’une faible activité anti tumorale sauf lorsqu’une vaccination contre les antigènes tumoraux est inclue dans le protocole de traitement et le récepteur CCR5 est bloqué (souris Ccr5-/- ou souris sauvages traitées avec MetRANTES). L’efficacité anti tumorale du traitement combiné est associée à l’induction de cellules T CD8+CXCR3+IFNγ+ et est perdue chez les souris nu/nu, Trif-/- et Cxcr3-/-. La source du ligand de CCR5 est constituée par les cellules tumorales dont la voie TLR3 est activée. L’efficacité du traitement combiné sur ces cellules a été améliorée en inhibant la production de CCL5 à l’aide d’un shARN spécifique pour CCL5. Ces résultats soutiennent la notion que le poly(A:U) peut directement agir sur l’épithélium tumoral pour promouvoir la libération de CXCL10 qui a un effet bénéfique (recrutement des LTCs), mais aussi la sécrétion de CCL5 qui a un rôle délétère (action sur des immunosuppresseurs au niveau de l’hôte). Le découplage des effets opposés des chimiokines et la vaccination anti tumorale préalable peuvent permettre aux LTCs dépendant des ligands de CXCR3 d’infirmer l’action d’immunosuppression CCR5 dépendante et devraient être intégrés dans les essais cliniques à venir utilisant les agonistes de TLR3. / The rationale for the use of Toll –Like Receptor (TLR) agonists in cancer therapy relies upon their “beneficial” effects on immune cells leading to enhanced innate and adaptive immune responses. However, a variety of cancer epithelia express TLRs which, upon triggering, may mediate “deleterious” effects such as tumorigenesis. To further dissect the direct versus indirect biological effects of the TLR3 agonist polyadenylic-polyuridylic acid (poly(A:U)), we took advantage of two murine tumor models expressing TLR3 that failed to respond to chemotherapy but did produce large amounts of CCL5 and CXCL10 in response to the poly(A:U) and type I IFN. In vivo, the combination of chemotherapy and poly(A:U) mediated low tumoricidal activity unless a vaccination against tumor antigens was included in the regimen and the CCR5 receptor was blocked (CCR5 loss-of-function mice or WT animals treated with MetRANTES). The antitumor efficacy of the combination therapy was associated with the elicitation of CD8+CXCR3+IFN+ T cells and abrogated in nu/nu, Trif-/- and Cxcr3-/- mice. The source of CCR5L is the TLR3-activated tumor cells in that stable inhibition of the chemokine production by specific shRNA CCL5 ameliorated the efficacy of the combination therapy. These results support the notion that poly(A:U) can directly act on tumor epithelia to promote the release of beneficial CXCL10 for the recruitment of intratumoral CTLs but also the release of deleterious CCL5 acting on host immunosuppressors. Uncoupling chemokine release and prior vaccination may enable the CXCR3L-dependent CTLs to overrule the CCR5-dependent suppression and may be integrated in future trials using TLR3 agonists.

CXCR3 appartient à la famille des récepteurs couplés aux protéines G. Avec ses ligands, les chimiokines CXC, CXCR3 régule diverses fonctions biologiques et participe à de nombreux processus comme l’angiogenèse, l’inflammation et le cancer. La complexité de CXCR3 provient de son épissage alternatif qui conduit à des isoformes distinctes. CXCR3-A est reconnu pour promouvoir la prolifération, la survie et la migration cellulaire tandis que CXCR3-B induit des signaux inhibiteurs de la croissance cellulaire.Le modèle cellulaire U87, dérivé d’un glioblastome humain, a été utilisé afin d’étudier les mécanismes moléculaires régulant l'activité et le trafic des isoformes de CXCR3 dans les cellules tumorales. CXCR3 est le récepteur fonctionnel de l’activité angiostatique de CXCL4 et son variant CXCL4L1. En fonction de leur état d'oligomérisation, ces deux chimiokines ont des interactions préférentielles avec les isoformes de CXCR3. L’activation de CXCR3-A conduit à un important changement conformationnel et induit des voies de signalisation pro-migratoires. L’étude du trafic souligne l’importance de la clathrine et du réseau Trans-Golgi dans l’internalisation et le recyclage de CXCR3-A. Pour la première fois, LRP-1 a été identifié comme nouveau partenaire de CXCR3-A. LRP1 n’est pas seulement reconnu comme un récepteur de l’endocytose mais également comme une protéine de la signalisation. LRP1 interagit avec CXCR3-A au niveau extracellulaire et régule sa conformation, son trafic et son activité pro-tumorale.L'utilisation de modèles cellulaires d'adénocarcinome pancréatique a permis de caractériser CXCL4L1 comme facteur pro-tumoral, via l’activation de CXCR3-A dans les cellules tumorales. CXCL4L1 apparait pour la première fois comme un biomarqueur important dans la progression du cancer pancréatique.Dans les différents modèles, les signalisations chimiokines CXC/CXCR3-A induisent une augmentation des propriétés invasives tumorales. Au niveau moléculaire, l’association de CXCR3 à diverses protéines (ligands et partenaires) est essentielle pour réguler les fonctions biologiques de la cellule tumorale.Les nanoparticules sont désormais connues comme une nouvelle génération d'anticorps thérapeutiques présentant de nombreux avantages par rapport aux anticorps conventionnels. Ainsi, le développement de nanoparticules associées à des inhibiteurs de CXCR3 apparaît comme une nouvelle stratégie thérapeutique anti-tumorale prometteuse. / CXCR3 belongs to the G-protein-coupled receptors family. With its ligands, the CXC chemokines, CXCR3 regulates several biological functions and plays important roles in angiogenesis, inflammation and cancer. The interaction with CXCR3 is rather complex due to the presence of distinct spliced isoforms. CXCR3-A is known to promote cell proliferation, survival, and migration while CXCR3-B leads to cell growth inhibition.The human glioblastoma cell model, U87, was used to study the molecular mechanisms regulating the activity and trafficking of CXCR3 isoforms in tumor cells. CXCR3 has been reported as the functional receptor for the angiostatic activity of CXCL4 and its variant CXCL4L1. Depending on their oligomerization status, these two chemokines present preferential interaction with CXCR3 isoforms. Activation of CXCR3-A leads to an important conformational change and induces pro-migratory signaling pathways. Studies on the vesicular trafficking highlight the importance of the clathrin and the Trans-Golgi network for both internalization and recycling of CXCR3-A. For the first time, LRP-1 is identified as a new partner of CXCR3-A. LRP1 is not only recognized as an endocytic receptor but also as a signaling protein. LRP1 interacts with CXCR3-A via its extracellular α subunit and regulates CXCR3-A conformation, trafficking and pro-tumoral activity.Pancreatic ductal adenocarcinoma cell models were used to characterize CXCL4L1 as a pro-tumoral factor that activates CXCR3-A in tumor cells. For the first time, CXCL4L1 appears as an important biomarker for pancreatic cancer progression.In the different cell models, signaling pathways of CXC chemokine/CXCR3-A lead to an increase in tumor invasive properties. At the molecular level, the association of CXCR3 with various proteins (ligands and partners) is essential to regulate tumor cell biological functions.The nanoparticles are now known as a new generation of therapeutic antibodies with many advantages over conventional antibodies. Thus, the development of nanoparticles associated to CXCR3 inhibitors appears as a new promising pharmacological targeted strategy to treat cancer.

La thèse présentée porte sur l’élaboration de nanoparticules polymères fonctionnalisées par le ligand SCH546738 afin de cibler le récepteur CXCR3 surexprimé sur les cellules cancéreuses. La synthèse des copolymères à blocs Poly(triméthylène carbonate)-b-Poly(éthylène glycol) (PTMCb- PEG) et PTMC-b-PEG-SCH546738, puis leurs auto-assemblages dans l’eau avec des pourcentages différents de l’un par rapport à l’autre et enfin l’activité biologique de ces nanoparticules in vitro ont été réalisés. Une série de PTMC-b-PEG de fraction hydrophile massique f différentes (entre 34 et 6%) ont été obtenus par polymérisation par ouverture de cycle (ROP) du monomère triméthylène carbonate (TMC) amorcée par un PEG (MW= 2000 g/mol). Les études d’auto-assemblage ont montré que la fraction hydrophile était liée à la morphologie des objets obtenus (micelles et vésicules) et que la taille et la morphologie pouvaient être modulées en fonction du protocole utilisé. Des PTMC-b-PEG-SCH546738 ont été obtenus par couplage convergent entre le PEG-SCH546738 et le bloc PTMC. Le co auto-assemblage entre les copolymères fonctionnalisés et non fonctionnalisés a été réalisé par nanoprécipitation contrôlée par un système de microfluidique qui permet d’obtenir des polymersomes monodisperses de tailles contrôlées. Le pourcentage molaire de SCH546738 en surface des polymersomes a été fixé à 5, 10 et 20 % et à l’aide d’une nanoparticule contrôle ces échantillons ont pu être testés in vitro sur cellules HEK 293 et U87 surexprimant le CXCR3-A. L’influence du ligand et son pourcentage sur l’internalisation des nanoparticules à différents temps et sur le blocage des voies de signalisation des cellules cancéreuses ont été observés. / This thesis deals with the elaboration of polymeric nanoparticles functionalized by the ligand SCH546738 to target the CXCR3 receptor overexpressed in human healthy or tumoral cells. Poly(trimethylene carbonate-b-Poly(ethylene glycol) (PTMC-b-PEG) blocks copolymers and PTMC-b-PEG-SCH546738 synthesis, then their self-assembly with different ratios in water, and finally biological activity in vitro of these different nanoparticles were studied. A serie of PTMC-b-PEG with different hydrophilic mass fractions f (between 34 and 6%) were obtained by ring opening polymerization (ROP) of trimethylene carbonate (TMC) initiated by a block PEG (MW: 2000 g/mol). Self-assembly studies showed that the hydrophilic mass fraction was related to the morphology of the nano objects (micelles and vesicles) and that size and morphology of nano objects can be changed by the self-assembly protocol. PTMC-b-PEG-SCH546738 were obtained by the convergent coupling between PEG-SCH546738 and PTMC block. The co self-assembly of functionalized and not functionalized copolymers was done by nanoprecipitation controlled by a microfluidic system that allows monodisperse polymersomes with controlled size to be produced. The molar percentage of SCH546738 at the surface of polymersomes was fixed at 5, 10 and 20 %, and with the control nanoparticle, these samples were tested in vitro on HEK 293 and U87 cells overexpressing the CXCR3-A. The influence of the ligand and its percentage on nanoparticles internalization and signaling pathways blocking on cells were analyzed.

Lymphocytic infiltration is a feature of basal breast cancer tumors. CXCL10 is a chemokine that was found expressed higher in basal tumor RNA compared to estrogen receptor positive tumor RNA. Both CXCL10 and its receptor CXCR3 were expressed in familial breast cancer tissues, a proportion of which have a basal phenotype. CXCL10 expression was associated with lymphocytic infiltration, and with CXCR3 expression. CXCL10 ligand and receptor were overexpressed individually or together in the human MCF7 cell line. Recombinant human CXCL10 was found to dose dependently decrease cell proliferation. CXCR3 and CXCL10-CXCR3 expressing cells had the potential for increased migration independent of CXCL10 concentration. Co-expression of both genes increased proMMP-2 levels, and conditioned media from one of these clones chemoattracted more of the CXCR3 clones, CXCL10-CXCR3 clones, and CD4+ T-lymphocytes. CXCL10 neutralization suggested that CXCL10 could play a role in this chemoattraction, though it is likely not the only factor involved.

Lymphocytic infiltration is a feature of basal breast cancer tumors. CXCL10 is a chemokine that was found expressed higher in basal tumor RNA compared to estrogen receptor positive tumor RNA. Both CXCL10 and its receptor CXCR3 were expressed in familial breast cancer tissues, a proportion of which have a basal phenotype. CXCL10 expression was associated with lymphocytic infiltration, and with CXCR3 expression. CXCL10 ligand and receptor were overexpressed individually or together in the human MCF7 cell line. Recombinant human CXCL10 was found to dose dependently decrease cell proliferation. CXCR3 and CXCL10-CXCR3 expressing cells had the potential for increased migration independent of CXCL10 concentration. Co-expression of both genes increased proMMP-2 levels, and conditioned media from one of these clones chemoattracted more of the CXCR3 clones, CXCL10-CXCR3 clones, and CD4+ T-lymphocytes. CXCL10 neutralization suggested that CXCL10 could play a role in this chemoattraction, though it is likely not the only factor involved.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18849号 / 医博第3960号 / 新制||医||1007(附属図書館) / 31800 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 三森 経世, 教授 坂井 義治, 教授 長澤 丘司 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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Le lupus érythémateux disséminé est une maladie auto-immune systémique chronique dont les atteintes sont multiples, l’atteinte rénale constituant la plus sévère. Une conjonction de facteurs génétiques et environnementaux conduit au développement de la maladie qui se traduit par une rupture de tolérance au soi. L’un des signes biologiques majeurs est la production d’auto-anticorps dirigés contre des composants nucléaires qui, en se déposant dans divers tissus dont les reins, génèrent une inflammation chronique conduisant au dysfonctionnement de l’organe. Le dépôt d’autoanticorps s’accompagne d’infiltrats de cellules immunitaires, qui, dans ce type d’inflammation, peuvent se transformer en structures lymphoïdes ectopiques fonctionnelles appelées Organes Lymphoïdes Tertiaires (OLT). Des OLT sont retrouvés dans diverses pathologies et participent à la génération locale de réponses immunitaires bénéfiques (infections/cancers) ou délétères (maladies auto-immunes). Mon projet de thèse a porté sur la mise en évidence d’OLT dans les reins au cours du lupus et sur l’étude des mécanismes permettant leur formation. Nous avons tout d’abord caractérisé les infiltrats inflammatoires présents dans les reins de souris NZB/W, modèle murin spontané de lupus. Ces infiltrats sont hautement organisés et constituent des OLT fonctionnels, potentiellement impliqués dans la néphrite lupique. Nous nous sommes ensuite intéressés aux mécanismes de mise en place de ces OLT et avons identifié les lymphocytes T et le récepteur aux chimiokines CXCR3 comme des éléments clés de ce processus et de la pathologie lupique. Les données obtenues apportent une meilleure compréhension fondamentale de la néogenèse lymphoïde au cours du lupus et ouvrent la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques permettant de traiter la néphrite lupique. / Systemic lupus erythematosus (SLE) is a chronic systemic autoimmune disease with multiple outcomes, with renal damage being the most severe. A combination of genetic and environmental factors leads to the development of the disease, which results in a break of immune tolerance. One of the major biological signs is the production of autoantibodies to nuclear components that, by depositing in various tissues including the kidneys, generate chronic inflammation leading to organ dysfunction. Deposition of autoantibodies is accompanied by immune cell infiltrates, which in this type of inflammation can be transformed into functional ectopic lymphoid structures called Tertiary Lymphoid Organs (TLO). TLO are found in various diseases and participate in the local generation of beneficial (infections / cancers) or deleterious (autoimmune diseases) immune responses. My thesis project focused on the demonstration of TLO in the kidneys during lupus and on the study of the mechanisms allowing their formation. We first characterized the inflammatory infiltrates present in the kidneys of NZB/W mice, a spontaneous murine model of lupus. These infiltrates are highly organized and constitute functional TLO that are potentially implicated in lupus nephritis. We then investigated the mechanisms of development of these TLO and identified T lymphocytes and the CXCR3 chemokine receptor as key components of this process and lupus pathology. The data obtained provide a better understanding of lymphoid neogenesis during lupus and pave the way for new therapeutic strategies to treat lupus nephritis.