La métabolomique propose une approche basée sur l’étude d’une réponse métabolique globale et dynamique d’un organisme à des stimuli biologiques ou à des mutations génétiques et ainsi constitue un outil de recherche translationnel à fort potentiel en oncologie. Nous avons appliqué l’approche métabonomique par RMN à haut champ à l’analyse d’échantillons sanguins issus d’études cliniques coordonnées par le Centre Léon Bérard et pour la cohorte prospective E3N (Etude Epidémiologique auprès de femmes de la MGEN) dans le but d’identifier de marqueurs systémiques du cancer à partir de fluides biologiques humains. Tout d’abord, l’analyse statistique des profils métaboliques de sérums de patientes atteintes d’un cancer du sein a permis de mettre en évidence une signature métabolique discriminant les patients ayant un cancer localisé des patientes métastatiques et de révéler des biomarqueurs associés à la sévérité de ce cancer. D’autre part, cette approche permet des investigations sur les effets de la chimiothérapie. Ainsi, lors de l’étude de sérums de patients atteints d’un cancer du rein métastatique traités par une chimiothérapie expérimentale, une signature métabolique caractéristique de la modification plus rapide du métabolisme de l’hôte a été mise en évidence pour ce traitement en comparaison à deux thérapies conventionnelles. Enfin, l’analyse de plasmas sanguins issus de la cohorte E3N s’intéresse à l’identification de biomarqueurs associés à la survenue du cancer du sein et de son étiologie. Après identification et quantification des sources de variations systématiques impactant les profils métaboliques obtenus, une analyse stratifiée de la cohorte « cas prospectifs »-contrôles est présentée dans cette thèse. / Metabolomics offers an approach based on the study of a comprehensive and dynamic metabolic response of an organism to biological stimuli or genetic mutations and thus constitutes a tool for translational research with a strong potential in oncology. We applied the metabonomic approach by high field NMR for the analysis of blood samples from clinical studies coordinated by the Centre Léon Bérard and for the prospective E3N cohort ( Etude Epidémiologique auprès de femmes de la MGEN ) in order to identify systemic cancer markers from human biological fluids . First, the statistical analysis of metabolic serum profiles from patients with breast cancer has highlighted a metabolic signature discriminating patients with localized cancer and metastatic patients and reveal biomarkers associated with severity of this cancer. Furthermore , this approach allows investigations on the effects of chemotherapy. Thus, during the study of sera from patients with metastatic renal cell carcinoma treated with experimental chemotherapy, a characteristic metabolic signature of faster modification of the host metabolism has been demonstrated for this treatment in comparison to two standard therapies. Finally, analysis of blood plasma from the E3N cohort interests the identification of biomarkers associated with the development of breast cancer and its etiology . After identification and quantification of sources of systematic variations affecting the metabolic profiles obtained, a stratified analysis of the "prospective case "- controls cohort is presented in this thesis.

La relation entre le risque de décès par cancer du poumon et l’exposition au radon est aujourd’hui établie, notamment à partir des études conduites chez les mineurs d’uranium. Mais de nombreuses interrogations persistent sur les risques de cancers extra-pulmonaires et de maladies non-cancéreuses, et sur l'impact sur la santé des autres expositions radiologiques professionnelles. L’objectif général de cette thèse est de contribuer à l’estimation des risques radio-induits aux faibles débits de dose au travers de l'analyse des risques de décès par cancer du rein et par Maladie de l'Appareil Circulatoire (MAC) chez les mineurs d’uranium.Les analyses du risque de décès par cancer du rein ont été réalisées au sein de la cohorte française des mineurs d'uranium (n=5 086 ; période de suivi : 1946-2007), la cohorte post-55 (n=3 377 ; période de suivi : 1957-2007) et la cohorte allemande de la Wismut (n=58 986; période de suivi : 1946-2003) au sein desquelles sont respectivement répertoriés 24, 11 et 174 décès par cancer du rein. L’exposition au radon et à ses descendants à vie courte (exprimée en Working Level Month WLM), aux poussières d’uranium (kBqh.m-3) et aux rayonnements gamma (mSv) a été estimée individuellement et la dose absorbée au rein a été calculée. La relation dose-réponse a été affinée par rapport à l'analyse classique en considérant deux types de réponse : le risque instantané de décès par cancer du rein (analyse classique, Cause-specific Hazard Ratio (CSHR) estimé avec le modèle de Cox) et sa probabilité d'occurrence au cours du suivi (Subdistribution Hazard Ratio (SHR) estimé avec le modèle de Fine & Gray). Un excès de mortalité par cancer du rein était observé dans la cohorte française (SMR = 1,62 IC95%[1,04; 2,41]), mais pas dans la cohorte post-55. Dans la cohorte de la Wismut, un déficit de mortalité par cancer du rein était observé (0,89 [0,78; 0,99]). Pour ces trois populations, aucune relation n'a pu être mise en évidence entre les expositions radiologiques (ou la dose au rein) et le risque de décès par cancer du rein (ex : CSHRWismut_radon/100WLM=1,023 [0,993; 1,053]), ni avec sa probabilité d'occurrence au cours du suivi (ex : SHRWismut_radon /100WLM=1,012 [0,983; 1,042]).L’étude du risque de décès par MAC dans la cohorte française a montré une augmentation significative du risque de décès par MAC (n=442, CSHR/100WLM=1,11 [1,01; 1,22]) et par Maladie CérébroVasculaire (MCeV, n=105, CSHR/100WLM=1,25 [1,09; 1,43]) avec l’exposition au radon. Une enquête cas-témoins nichée au sein de la cohorte a été mise en place pour recueillir dans les dossiers médicaux les facteurs de risque classiques de MAC (surpoids, hypertension, diabète...) pour 313 mineurs (76 décès par MAC (dont 26 par Cardiopathie Ischémique (CI) et 16 par MCeV) et 237 témoins). Pour les trois expositions radiologiques, la relation exposition-risque a été analysée au sein d'une pseudo-cohorte (obtenue en pondérant les observations par l'inverse de la probabilité de sélection, n=1 644 pseudo-individus) avec le modèle de Cox, en ajustant sur les différents facteurs de risque. L’association entre les expositions radiologiques et le risque de décès par MAC, CI ou MCeV n'était pas significative (ex : CSHRMAC_radon/100WLM=1,43 [0,71; 2,87]). La prise en compte des facteurs de risque ne modifiait pas sensiblement cette association.L'absence de relation dose-réponse significative suggère que l'excès de mortalité par cancer du rein chez les mineurs français serait induit par d'autres facteurs, non-disponibles pour cette analyse. La faible variation des coefficients avec l'ajustement sur les facteurs de risque de MAC dans l'enquête cas-témoins nichée soutient l'hypothèse de l'existence d'une augmentation du risque de MCeV dans la cohorte française associée à l’exposition au radon. La poursuite du suivi de la cohorte permettra d'affiner ces résultats. / The relation between lung cancer risk and radon exposure has been clearly established, especially from the studies on uranium miner cohorts. But the association between radon exposure and extrapulmonary cancers and non-cancer diseases remains not well known. Moreover, the health risks associated with the other mining-related ionizing radiation exposures are still under consideration. The aim of this thesis is to contribute to the estimation of the radio-induced health risks at low-doses through the analysis of the kidney cancer and Circulatory System Disease (CSD) mortality risks among uranium miners.Kidney cancer mortality risk analyses were performed from the French cohort of uranium miners (n=5086; follow-up period: 1946-2007), the post-55 cohort (n=3,377; follow-up period: 1957-2007) and the German cohort of the Wismut (n=58,986; follow-up period: 1946-2003) which included 24, 11 and 174 deaths from kidney cancer, respectively. The exposures to radon and its short-lived progeny (expressed in Working Level Month WLM), to uranium ore dust (kBqh.m-3) and to external gamma rays (mSv) were estimated for each miners and the equivalent kidney dose was calculated. The dose-response relation was refined considering two responses: the instantaneous risk of kidney cancer mortality (corresponding to the classical analysis, Cause-specific Hazard Ratio (CSHR) estimated with the Cox model) and its occurrence probability during the follow-up (Subdistribution Hazard Ratio (SHR) estimated with the Fine & Gray model). An excess of kidney cancer mortality was observed only in the French cohort (SMR = 1.62 CI95%[1.04; 2.41]). In the Wismut cohort, a decrease of the kidney cancer mortality was observed (0.89 [0.78; 0.99]). For these three cohorts, the occupational radiological exposures (or the equivalent kidney dose) were significantly associated neither with the risk of kidney cancer mortality (e.g. CSHRWismut_radon/100WLM=1.023 [0.993; 1.053]), nor with its occurrence probability during the follow-up (e.g. SHRWismut_radon /100WLM=1.012 [0.983; 1.042]).CSD mortality risk analyses in the French cohort showed a significant increase of the risks of mortality from CSD (n=442, CSHR/100WLM=1.11 [1.01; 1.22]) and from CerebroVascular Disease (MCeV, n=105, CSHR/100WLM=1.25 [1.09; 1.43]) with radon exposure. A case-control study nested in the French cohort was set up to collect the information related to CSD risk factors (overweight, hypertension, diabetes...) from the medical records of 313 miners (76 deaths from CSD (including 26 from Ischemic Heart Disease (IHD) and 16 from MCeV) and 237 controls). For the three radiological exposures, the exposure-risk relation was analyzed in a pseudo-cohort (n=1,644 pseudo-individuals, obtained from the weighting of the observations by their inverse selection probability) with the Cox model, adjusted for the CSD risk factors. The association between the radiological exposure and the risk of mortality from CSD, IHD or MCeV was not significant (e.g. CSHRCSD_radon/100WLM=1.43 [0.71; 2.87]). The adjustment for CSD risk factors did not substantially change the exposure-risk relation.The lack of a significant dose-response relation suggests that the excess of kidney cancer mortality among the French uranium miners may be induced by other risk factors, unavailable for this study. The small change of the coefficients observed after adjustment for CSD risk factors in the nested case-control study supports the assumption of the existence of the MCeV mortality risk increase associated with radon exposure in the French cohort of uranium miners. Future analyses based on further follow-up updates should allow to confirm or not these results.

La transition épithélio-Mésenchymateuse (TEM) est un processus de plasticité cellulaire qui existe dans le développement embryonnaire et qui permet la formation des tissus et organes. Dans la cancérogénèse, ce processus est réactivé par des facteurs de transcription dont l’action implique très probablement un remodelage de la chromatine. La cartographie exacte de ces changements épigénétiques est peu connue à l’échelle du génome entier, même si il y a eu quelques études antérieures explorant les changements de quelques loci de façon bien ciblée. Ce mémoire traite du remodelage épigénétique médié par le facteur de transcription Twist1 dans un modèle de lignée mammaire immortalisée. L’architecture de ce remodelage a été cartographiée grâce à l’utilisation des techniques de haut-Débit pour analyser la méthylation de l’ADN (DREAM) et les modifications des histones (ChIPseq). Nos résultats montrent un changement majeur du méthylome pendant la TEM avec une hyperméthylation focale et une hypométhylation globale des corps des gènes prédominant au niveau des « domaines partiellement méthylés »; ces domaines sont déjà connus dans le développement pour gagner de façon concomitante à leur hypométhylation des marques d’histone répressives. Nous avons aussi observé un remodelage des domaines de l’histone répressive H3K27me3 avec une réduction de leur taille, et surtout le quasi doublement du nombre de gènes bivalents qui accompagne la transition. Le couplage de la méthylation de l’ADN avec le profil des microRNA nous a permis d’identifier le miR-203 comme l’unique microRNA régulé par méthylation de l’ADN durant la TEM; nous avons aussi montré que l’extinction épigénétique du miR-203 est requise pour la TEM et l’acquistion des propriétés de cellules souches. Enfin, nous avons réalisé une caractérisation génétique et/ou épigénétique de deux cancers rares, les carcinomes fibrolamellaires du foie et les carcinomes du rein à translocation. Pour les carcinomes fibrolamellaires du foie, nous avons décrit la nature endocrine de cette tumeur et établi une signature épigénétique basée sur la méthylation de l’ADN pouvant servir à différencier les formes histologiques appelées « pures » des formes « mixtes ». Pour les cancers du rein à translocation, nous avons montré les bases génétiques et épigénétiques de la différence entre les formes pédiatriques et adultes, avec la découverte fréquente du gain du bras chromosomique 17q dans les formes adultes. Nous avons aussi identifié une mutation récurrente dans le gène qui remodèle la chromatine INO80D appartenant à la famille INO80. En conclusion, ce travail explore le rôle de l’étude de l’épigénome pour comprendre la reprogrammation pendant les processus physiologiques comme la TEM d’une part et le cancer d’autre part. / The epithelial-Mesenchymal transition (EMT) is a process of cellular plasticity that exists in embryonic development and which allows the formation of tissues and organs. In carcinogenesis, the process is reactivated by transcription factors whose action probably involves chromatin remodeling. The exact mapping of these epigenetic changes is poorly understood genome-Wide, although there have been some previous studies exploring changes in so few well-Targeted loci. This thesis deals with the epigenetic remodeling mediated by the transcription factor Twist1 in a model of human mammary immortalized cell line. The architecture of this remodeling has been mapped through the use of high-Throughput techniques to analyze DNA methylation (DREAM) and histone modifications (ChIPseq). Our results suggest a major change in the EMT methylome with focal hypermethylation and gene body hypomethylation predominantly within "partially methylated domains"; these areas are already known in development to gain repressive histone marks concomitantly with DNA hypomethylation. We also observed landscape remodeling of repressive histone mark H3K27me3 with a reduction in domains size, and especially the almost doubling of the number of bivalent genes. The coupling of DNA methylation with the profile of microRNA has allowed us to identify miR-203 as single microRNA regulated by DNA methylation during EMT; we have also shown that epigenetic suppression of miR-203 is both required for EMT and acquisition of stem cell properties. Finally, we performed a genetic and/or epigenetic characterization of two rare cancers, named fibrolamellar hepatocellular carcinomas and translocation renal cell carcinomas. In fibrolamellar hepatocellular carcinoma, we described the endocrine nature of this tumor and established a signature based on DNA methylation which can be used to distinguish histological forms called "pure" from "mixed" fibrolamellar hepatocellular carcinomas. Regarding translocation renal cell carcinomas, we established the genetic and epigenetic basis of differences between pediatric and adult forms, characterized by frequent gain of 17q gain chromosomal arm in adults. We also identified recurrent mutations in the chromatin remodeling gene INO80D which belongs to INO80 family. In conclusion, this work explores the impact of analyzing the epigenome to understand reprogramming during physiological processes such as EMT and cancer.

Le cancer du rein papillaire de type 2 (PRCC2) est un cancer très agressif avec un potentiel métastatique élevé et pour lequel il n’y a pas de traitement efficace. La forme héréditaire de PRCC2 est associée au syndrome rare de la léiomyomatose cutanéo-utérine héréditaire (HLRCC). HLRCC est due à une mutation germinale hétérozygote du gène Fumarate Hydratase (FH) qui code l'enzyme du cycle de Krebs, la Fumarase. Le déficit en fumarase induit l’accumulation de fumarate et active les voies de signalisation du facteur de transcription inductible par l’hypoxie (HIF) et des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Néanmoins, aucune mutation du gène FH n’a été rapportée dans les cas de PRCC2 sporadiques. Le projet de recherche porte sur la caractérisation moléculaire des PRCC2 héréditaires et sporadiques. Notre analyse du transcriptome a identifié des différences entre les signatures moléculaires des PRCC2 héréditaires et sporadiques. Cependant, l’étude d’immunohistochimie n'a pas révélé de biomarqueurs potentiels. Les analyses bio-informatiques de profils d’expression génique ont révélé que les tumeurs PRCC2 héréditaires et sporadiques partagent une dérégulation de la voie principale NRF2/KEAP1. Il a été montré que la surexpression de AKR1B10 (Aldo-Keto Reductase Family 1 Membre B10) est la conséquence directe de l’activation de l'élément de réponse antioxydant (ARE). Finalement, nous avons établi un nouveau modèle in vitro de lignée cellulaire, NCCFH1 (FH-/-), issue d’un patient HLRCC. NCCFH1 représente une plateforme idéale pour les études fonctionnelles, métaboliques et thérapeutiques. Bortézomib pourrait être la meilleure alternative thérapeutique pour les patients avec PRCC2. / Papillary Renal Cell Carcinoma type 2 (PRCC2) is known to be a very aggressive type of kidney cancer with a high metastatic potential, poor outcome and absence of effective therapy. Hereditary form of PRCC2 is associated with rare hereditary leiomyomatosis and renal cell carcinoma (HLRCC). HLRCC is characterized by germline heterozygous mutations in the Fumarate Hydratase (FH) gene that encodes an enzyme of the Krebs cycle, Fumarase. It has been shown that the accumulation of fumarate induces activation of Hypoxia Inducible Factor (HIF) and ROS (Reactive Oxygen Species) pathways. Nevertheless, no FH gene mutation has been reported in sporadic PRCC2 tumors. The goal of this study is to better characterize hereditary and sporadic PRCC2. Our transcriptome analysis identified the set of genes that are differentially expressed between the two types of PRCC2. Subsequent immunohistochemistry screening did not reveal any potential diagnostics biomarkers. Further, the comprehensive computational analysis of gene profiling data revealed that hereditary and sporadic PRCC2 share the similar molecular signature with NRF2-KEAP1 axis deregulation as one of the major pathway in both forms. We demonstrated that over expression of Aldo-keto reductase family 1 member B10 (AKR1B10) is the direct consequence of the antioxidant response element (ARE) activation shared in hereditary and sporadic tumors. Finally, we have established FH-deficient cell line (NCCFH1) a new preclinical model of hereditary PRCC2. It presents the perfect platform for studying the metabolic features and testing new therapies for hereditary PRCC2, while bortezomib appears to be a potential efficient therapeutic option.

La voie de signalisation mTOR (mammalian Target Of Rapamycin) joue un rôle central dans la croissance cellulaire, le métabolisme, et l'homéostasie des lymphocytes T (LT). Lors de la transplantation d'organes, l'administration de rapamycine, un inhibiteur de mTOR (mTORi), bloque l'activation des LT et promeut la polarisation des lymphocytes T CD4 régulateur (Treg). En cancérologie, des mTORi sont utilisés pour leur action inhibitrice sur la prolifération et l'angiogenèse tumorales. Cependant l'immunosuppression via l'induction de Treg nécessaire à la prévention du rejet de greffe pourrait être délétère pour la réponse anti-tumorale. Notre hypothèse est que l'efficacité clinique des mTORi serait également dépendante de la modulation de l'immunité adaptative T induite par ces traitements chez les patients atteints de cancer.Au cours de cette thèse, nous avons abordé cette question immunologique dans une cohorte prospective de patients atteints de cancer rénal métastatique (mRCC) traités par évérolimus. L'analyse du taux de Treg et de la réponse spontanée T CD4 Thl anti-tumorale (anti-télomérase TERT) par Elispot-IFN-y a été effectuée au moment de l'inclusion des patients et tous les deux mois après le début du traitement. Nous avons observé chez la majorité des patients une augmentation du taux de Treg après traitement par évérolimus. Ces Treg expriment Hélios, suggérant un phénotype Treg naturel. La fréquence et la qualité de la réponse Thl anti-TERT sont également augmentées suite au traitement. Nous avons montré que conjointement ces deux paramètres immunologiques corrèlent avec l'efficacité clinique du traitement. Les patients présentant précocement une diminution des Treg associée à une augmentation des Thl anti-TERT ont une meilleure survie par rapport aux patients dont les paramètres immunitaires ne variaient pas, ou variaient dans une même direction (13,2 mois vs 8 et 4 mois). De plus, au moment de la progression la plupart des patients perdaient leur réponse Thl anti-TERT, et cet effet était associé à une augmentation des Treg. Les Treg traités par mTORi in vitro inhibent plus fortement la prolifération de LT allogéniques, par un mécanisme contact dépendant. Par l'utilisation d'anticorps monoclonaux déplétant les LT chez la souris et par l'utilisation de souris DEREG, nous avons montré que la présence de Treg in vivo altère l'efficacité anti-tumorale des mTORi, par un mécanisme impliquant l'inhibition des réponses T CD8 anti-tumorales. En conséquence, l'efficacité des mTORi a pu être augmentée par sa combinaison avec des agents bloquant les Treg. En addition, l'administration de temsirolimus améliore l'efficacité anti-tumorale d'un vaccin thérapeutique, en favorisant la différenciation des LT CD8 anti-tumoraux centraux mémoires (CD62L+CD127+) et précurseurs mémoires (CD127+KLRGl'°) induits par la vaccination.En conclusion, ces études ont montré pour la première fois le rôle de l'immunité T anti-tumorale sur l'efficacité clinique des mTORi et soulignent ainsi l'intérêt potentiel de combiner les mTORi avec des immunothérapies anti-tumorales / The mammalian Target of Rapamycin (mTOR) pathway plays a central role in the regulation of cell growth andmetabolism, and is involved in oncogenesis. Everolimus and temsirolimus are two mTOR inhibitors (mTORi) approvedfor renal and breast carcinoma treatments. However, accumulating evidence highlights a central role for mTOR pathwayin T cell immunity. We showed that 21 out of 23 metastatic renal cell carcinoma patients under everolimus treatmenthad an increase of Tregs atter everolimus treatment. Paradoxically, strong antitumor Th 1 responses were detected andthen greatly decreased at the time of disease progression when high expansion of Tregs occurred. Furthermore, weidentified three immune groups based on the early modulation of both Treg and anti-tumor Thl cells and found thatpatients with {low Tregs plus high anti-tumor Thl cells} showed the best survival. In vitro, mTORi-exposed Tregs highlysuppressed T cell proliferation and Thl-associated cytokines production. We showed in vivo that T cells depletiondifferentially modulated the antitumor efficacy of mTORi. Although anti-mTOR effect was loss in B16-OVA-bearingmice lacking CD8 T cells, CD4 T depletion increased mTORi efficacy. The studies conducted in mice demonstratedthat the presence of Tregs in vivo altered the responses to mTORi via a mechanism involving the inhibition of antitumorCD8 T cell responses. Finally the efficacy of mTORi was improved by combination with Tregs depleting agents andvaccines. Altogether, our results describe for the first time a dual impact of host adaptive antitumor T cell immunity onthe clinical effectiveness of mTQRi and prompt their association with immunotherapies.

Le système immunitaire se doit d’être étroitement régulé afin d’éviter que des réponses immunologiques inappropriées ou de trop forte intensité ne surviennent. Ainsi, différents mécanismes permettent de maintenir une tolérance périphérique, mais aussi d’atténuer la réponse lorsque celle-ci n’est plus nécessaire. De tels mécanismes sont cependant aussi exploités par les tumeurs, qui peuvent ainsi échapper à une attaque par le système immunitaire et donc poursuivre leur progression. Ces mécanismes immunosuppresseurs nuisent non seulement à la réponse naturelle contre les cellules tumorales, mais font aussi obstacle aux tentatives de manipulation clinique de l’immunité visant à générer une réponse anti-tumorale par l’immunothérapie. L’un des mécanismes par lesquels les tumeurs s’évadent du système immunitaire est l’expression d’enzymes responsables du métabolisme des acides aminés dont l’une des principales est l’indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO). Cette dernière dégrade le tryptophane et diminue ainsi sa disponibilité dans le microenvironnement tumoral, ce qui engendre des effets négatifs sur la prolifération, les fonctions et la survie des lymphocytes T qui y sont présents. Bien que la régulation de l’expression de cette enzyme ait été largement étudiée chez certaines cellules présentatrices d’antigènes, dont les macrophages et les cellules dendritiques, peu est encore connu sur sa régulation dans les cellules tumorales humaines. Nous avons posé l’hypothèse que différents facteurs produits par les cellules immunitaires infiltrant les tumeurs (TIIC) régulent l’expression de l’IDO dans les cellules tumorales. Nous avons effectivement démontré qu’une expression de l’IDO est induite chez les cellules tumorales humaines, suite à une interaction avec des TIIC. Cette induction indépendante du contact cellulaire résulte principalement de l’interféron-gamma (IFN-g) produit par les lymphocytes T activés, mais est régulée à la baisse par l’interleukine (IL)-13. De plus, la fludarabine utilisée comme agent chimiothérapeutique inhibe l’induction de l’IDO chez les cellules tumorales en réponse aux lymphocytes T activés. Cette observation pourrait avoir des conséquences importantes en clinique sachant qu’une forte proportion d’échantillons cliniques provenant de tumeurs humaines exprime l’IDO. Enfin, les lymphocytes B, qui sont retrouvés également dans certaines tumeurs et qui interagissent étroitement avec les lymphocytes T, sont aussi susceptibles à une induction transcriptionnelle et traductionnelle de l’IDO. Cette enzyme est cependant produite sous une forme inactive dans les lymphocytes B, ce qui rend peu probable l’utilisation de l’IDO par les lymphocytes B comme mécanisme pour freiner la réponse immunitaire. Nos travaux apportent des informations importantes quant à la régulation de l’expression de la molécule immunosuppressive IDO dans les cellules cancéreuses. Ils démontrent que l’expression de l’IDO est influencée par la nature des cytokines présentes dans le microenvironnement tumoral. De plus son expression est inhibée par la fludarabine, un agent utilisé pour le traitement de certains cancers. Ces données devraient être prises en considération dans la planification de futurs essais immunothérapeutiques, et pourraient avoir un impact sur les réponses cliniques anti-tumorales. / The immune system is under tight control to avoid inappropriate and excessive immunological responses. Many mechanisms allow the maintenance of peripheral tolerance and mediate attenuation of the immune response after pathogen clearance. Such mechanisms are also exploited by tumors, thereby favoring their escape from assault by the immune system. These immunosuppressive mechanisms hamper host natural immune responses against tumor cells, but also represent an obstacle to the successful clinical manipulation of the immune system in attempts to generate an anti-tumor response through immunotherapy. One immune escape mechanism used by tumors is the production of enzymes responsible for amino acid metabolism, amongst which indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) is of major importance. IDO degrades tryptophan, thus leading to its depletion from intracellular pools and local microenvironments. This culminates in multi-pronged negative effects on T lymphocytes neighboring IDO-expressing cells, notably on proliferation, function and survival. The regulation of IDO expression has been largely studied in antigen-presenting cells such as macrophages and dendritic cells, but its regulation in human tumor cells must still be characterized. We hypothesized that different factors produced by tumor-infiltrating immune cells (TIIC) regulate IDO expression in tumor cells. Accordingly, we have demonstrated that IDO expression is induced in human tumor cells upon interaction with TIIC. This induction is cell contact-independent, and results mainly from interferon-gamma (IFN-g) produced by activated T lymphocytes, while being antagonised by interleukin (IL)-13. Moreover, the chemotherapeutic agent fludarabine inhibits activated T lymphocyte-dependent IDO induction in tumor cells. This observation could have major clinical consequences, considering the large proportion of human cancer clinical samples expressing IDO. Finally, B lymphocytes, which interact closely with T lymphocytes and are found infiltrating human tumors, are also susceptible to transcriptional and translational IDO induction. This enzyme is however produced in an inactive form, suggesting that B lymphocytes do not exploit this mechanism to impede the immune response. In conclusion, our work brings crucial information on the regulation of the immunosuppressive molecule IDO in human tumor cells. We demonstrate that IDO expression is dependent on the nature of cytokines present in the tumor microenvironment. Furthermore, its expression is inhibited by fludarabine, a compound used to treat some types of cancer. These data should be taken into consideration in planning future immunotherapy trials and could impact anti-tumor clinical responses.

Le système immunitaire se doit d’être étroitement régulé afin d’éviter que des réponses immunologiques inappropriées ou de trop forte intensité ne surviennent. Ainsi, différents mécanismes permettent de maintenir une tolérance périphérique, mais aussi d’atténuer la réponse lorsque celle-ci n’est plus nécessaire. De tels mécanismes sont cependant aussi exploités par les tumeurs, qui peuvent ainsi échapper à une attaque par le système immunitaire et donc poursuivre leur progression. Ces mécanismes immunosuppresseurs nuisent non seulement à la réponse naturelle contre les cellules tumorales, mais font aussi obstacle aux tentatives de manipulation clinique de l’immunité visant à générer une réponse anti-tumorale par l’immunothérapie. L’un des mécanismes par lesquels les tumeurs s’évadent du système immunitaire est l’expression d’enzymes responsables du métabolisme des acides aminés dont l’une des principales est l’indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO). Cette dernière dégrade le tryptophane et diminue ainsi sa disponibilité dans le microenvironnement tumoral, ce qui engendre des effets négatifs sur la prolifération, les fonctions et la survie des lymphocytes T qui y sont présents. Bien que la régulation de l’expression de cette enzyme ait été largement étudiée chez certaines cellules présentatrices d’antigènes, dont les macrophages et les cellules dendritiques, peu est encore connu sur sa régulation dans les cellules tumorales humaines. Nous avons posé l’hypothèse que différents facteurs produits par les cellules immunitaires infiltrant les tumeurs (TIIC) régulent l’expression de l’IDO dans les cellules tumorales. Nous avons effectivement démontré qu’une expression de l’IDO est induite chez les cellules tumorales humaines, suite à une interaction avec des TIIC. Cette induction indépendante du contact cellulaire résulte principalement de l’interféron-gamma (IFN-g) produit par les lymphocytes T activés, mais est régulée à la baisse par l’interleukine (IL)-13. De plus, la fludarabine utilisée comme agent chimiothérapeutique inhibe l’induction de l’IDO chez les cellules tumorales en réponse aux lymphocytes T activés. Cette observation pourrait avoir des conséquences importantes en clinique sachant qu’une forte proportion d’échantillons cliniques provenant de tumeurs humaines exprime l’IDO. Enfin, les lymphocytes B, qui sont retrouvés également dans certaines tumeurs et qui interagissent étroitement avec les lymphocytes T, sont aussi susceptibles à une induction transcriptionnelle et traductionnelle de l’IDO. Cette enzyme est cependant produite sous une forme inactive dans les lymphocytes B, ce qui rend peu probable l’utilisation de l’IDO par les lymphocytes B comme mécanisme pour freiner la réponse immunitaire. Nos travaux apportent des informations importantes quant à la régulation de l’expression de la molécule immunosuppressive IDO dans les cellules cancéreuses. Ils démontrent que l’expression de l’IDO est influencée par la nature des cytokines présentes dans le microenvironnement tumoral. De plus son expression est inhibée par la fludarabine, un agent utilisé pour le traitement de certains cancers. Ces données devraient être prises en considération dans la planification de futurs essais immunothérapeutiques, et pourraient avoir un impact sur les réponses cliniques anti-tumorales. / The immune system is under tight control to avoid inappropriate and excessive immunological responses. Many mechanisms allow the maintenance of peripheral tolerance and mediate attenuation of the immune response after pathogen clearance. Such mechanisms are also exploited by tumors, thereby favoring their escape from assault by the immune system. These immunosuppressive mechanisms hamper host natural immune responses against tumor cells, but also represent an obstacle to the successful clinical manipulation of the immune system in attempts to generate an anti-tumor response through immunotherapy. One immune escape mechanism used by tumors is the production of enzymes responsible for amino acid metabolism, amongst which indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) is of major importance. IDO degrades tryptophan, thus leading to its depletion from intracellular pools and local microenvironments. This culminates in multi-pronged negative effects on T lymphocytes neighboring IDO-expressing cells, notably on proliferation, function and survival. The regulation of IDO expression has been largely studied in antigen-presenting cells such as macrophages and dendritic cells, but its regulation in human tumor cells must still be characterized. We hypothesized that different factors produced by tumor-infiltrating immune cells (TIIC) regulate IDO expression in tumor cells. Accordingly, we have demonstrated that IDO expression is induced in human tumor cells upon interaction with TIIC. This induction is cell contact-independent, and results mainly from interferon-gamma (IFN-g) produced by activated T lymphocytes, while being antagonised by interleukin (IL)-13. Moreover, the chemotherapeutic agent fludarabine inhibits activated T lymphocyte-dependent IDO induction in tumor cells. This observation could have major clinical consequences, considering the large proportion of human cancer clinical samples expressing IDO. Finally, B lymphocytes, which interact closely with T lymphocytes and are found infiltrating human tumors, are also susceptible to transcriptional and translational IDO induction. This enzyme is however produced in an inactive form, suggesting that B lymphocytes do not exploit this mechanism to impede the immune response. In conclusion, our work brings crucial information on the regulation of the immunosuppressive molecule IDO in human tumor cells. We demonstrate that IDO expression is dependent on the nature of cytokines present in the tumor microenvironment. Furthermore, its expression is inhibited by fludarabine, a compound used to treat some types of cancer. These data should be taken into consideration in planning future immunotherapy trials and could impact anti-tumor clinical responses.

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