Les lymphocytes T expriment à leur surface des récepteurs (TR) composés de chaînes αβ ou γδ, chargés de reconnaitre des peptides antigéniques. Une chaîne d'un TRα donnée est le résultat de l'assemblage de gènes variable (V), jonction (J) et constant (C) sous le contrôle d'un mécanisme de recombinaison spécifique dénommé " recombinaison V(D)J ". De part le nombre important de gènes V et J dispersés sur plus de 1 méga base et des segments V dupliqués chez la souris, il est quasiment impossible d'établir la diversité combinatoire VJ exacte et surtout leurs fréquences par les techniques actuelles de biologie moléculaire. Aussi pour appréhender ces questions, nous avons développé un modèle de simulation des réarrangements des combinaisons VJ codant pour la chaine TRα chez la souris. Le modèle implémenté est basé sur des fenêtres d'accessibilités flexibles, des vitesses d'ouverture variables et inclue aussi un temps de maturation entre deux réarrangements. Il permet de rendre compte de la dynamique et de la variabilité de la chaine α en termes de répertoire (nombre et fréquence des combinaisons). Il propose que 2 à 3 réarrangements sont suffisant pour utiliser l'ensemble des segments J et permet aussi de donner un profil global de l'ensemble des combinaisons VJ. En parallèle, une analyse des réarrangements VJ a été réalisée chez l'homme. Cette analyse permet de visualiser les profils des combinaisons VJ expérimentaux et permettra de valider l'adaptation du modèle de simulation des réarrangements des chaines TRα chez la souris aux chaines TRα chez l'homme. Le modèle pourra servir d'outils pour analyser les variations entre répertoire sain et répertoire altéré ou modifié dans le cas de pathologies ou de reconstruction du répertoire immunitaire après une greffe de moelle osseuse.

Des travaux antérieurs de l’équipe ont démontré l’impact majeur de la lymphopénie (<1Giga/L), détectée avant tout traitement, sur la survie globale des patients atteints d’un cancer solide en phase métastatique, soulignant ainsi l’importance du système immunitaire dans le contrôle de la progression tumorale. Au cours de mon projet de thèse, j’ai analysé l’apport de la diversité combinatoire de la chaine β du TCR, autre indicateur de la qualité du système immunitaire, en tant que marqueur pronostique chez des patientes atteintes de cancer du sein en phase métastatique. J’ai pu montrer qu’un score combinant la diversité des TCR et le nombre de lymphocytes (score NDL) est un facteur indépendant de mauvais pronostic en analyse multivariée. Ce score permet l’identification d’une sous population de patientes à risque qui présente à la fois une lymphopénie et une faible diversité (< 33%) combinatoire du TCR et pour laquelle une très forte réduction de la médiane de survie est observée. Nous avons également réalisé une étude plus approfondie de l’impact des sous-populations de lymphocytes et des cytokines plasmatiques produites. En parallèle, j’ai été amené à développer des tests de biologie moléculaire pour améliorer l’étude de la diversité du répertoire des TCR au niveau génomique. Ces travaux nous ouvrent la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques qui intégreraient les perturbations du système immunitaire. En effet, suite à ces résultats, un essai clinique basé sur l’administration d’IL-7, cytokine permettant l’expansion des cellules T avant ou pendant la chimiothérapie vient d’être activé au Centre Léon Bérard / Previous work of the team demonstrated the major impact of lymphopenia (<1Giga/L), detected before treatment, on overall survival of patients with solid metastatic cancer, highlighting the importance of immune system in controlling tumor progression. During my thesis project, I analyzed the contribution of the combinatorial diversity of the TCR β chain, another indicator of the quality of the immune system, as a prognostic marker in patients with metastatic breast cancer. I was able to show that a score combining the diversity of TCR and the number of lymphocytes (score NDL) is an independent factor of poor prognostic in multivariate analysis. This score allows identification of a subpopulation of patients at risk who has both a lymphopenia and a low combinatorial diversity (<33%) of TCR and for which a reduction in the median survival was observed. We also made further study of the impact of subpopulations of lymphocytes and plasma cytokines. In parallel, I developed molecular tests to improve the study of TCR repertoire diversity at the genomic level. This work opens the door to new therapeutic strategies that would consider immune system dysfunctions. Indeed, following these results, a clinical trial based on the administration of IL-7 cytokine for the expansion of T cells before or during chemotherapy has been activated at the Centre Léon Bérard

Dans le but de générer une souris transgénique produisant des anticorps humains, les trois loci humains (HC, LCκ et LCλ) ont été reconstitués sous forme de YAC circulaires. Puis, pour simplifier la manipulation des gènes codant pour la chaîne lourde, quatre vecteurs plasmidiques qui résument l’information génétique contenue dans le locus humain de la chaîne lourde ont été réalisés. La construction HC Minilocus (78 kbp) est donc composée des 13 segments V sélectionnés, de la région D-J synthétisée et des gènes codant pour les parties constantes de type μ, ɣ3 et ɣ1. Trois autres constructions (~22 kbp) ont été dérivées des étapes intermédiaires de clonage. Elles sont basées sur 7 segments V et la région D-J synthétisée. Le HC Microlocus Classic (22 kb) a été obtenu après clonage du gène codant pour la partie constante ɣ1 en 3’ des éléments V, D et J précédemment cités; cette construction code pour des chaînes lourdes d’IgG1 (ɣ1 HC). De la même façon, le HC Microlocus Light (21.5 kb) contient le gène codant pour ɣ1 CH1-, cette construction code donc pour des chaînes lourdes IgG sans domaine CH1 (ɣ1 HC CH1-). Les chaînes lourdes de ce type sont exprimées sans être associées à des chaînes légères, à l’image de ce qui est observé chez les camélidés (Heavy Chain only antibodies). Enfin le HC Microlocus Light shRNA (22 kbp) est une construction basée sur le Microlocus Light à laquelle a été ajoutée une séquence codant pour quatre shRNA (small hairpin RNA) visant à réprimer l’expression d’IgM murin. Ce locus est destiné à être injecté dans des souris natives (wilde type, WT). La fonctionnalité de ces quatre vecteurs a été évaluée par transfection dans la lignée cellulaire 300-19, des lymphocytes pro B d’origine murine pouvant progresser du stade pro B au stade de cellule B mature, lorsqu’elles sont maintenues en culture. Pour les quatre constructions, plusieurs réarrangements DJ et VDJ ont été identifiés, montrant une grande diversité combinatoire et jonctionelle. Par cytométrie en flux (FACS), des chaînes lourdes humaines ont été identifiées dans le cytoplasme et à la surface des cellules transfectées avec les trois constructions intermédiaires. Les cellules exprimant des chaînes lourdes en surface ont été enrichies par FACS. Par la suite, en utilisant des méthodes immuno-enzymatiques (ELISA et ELISPOT), il a été prouvé que les chaines lourdes d’anticorps humains étaient secrétées dans le milieu extracellulaire. La transgénèse avec les constructions HC Microlocus Light et HC Microlocus Light shRNA s’est révélée efficace puisque nous avons obtenu plusieurs animaux transgéniques. Aucune cellule B n’a été détectée dans les souris HC Microlocus Light (background HC KO); alors que cette même construction associée à un shRNA (HC Microlocus Light shRNA) dans une souris transgénique au système immunitaire humoral intact, montre l’expression de chaînes lourdes d’anticorps humains dans le cytoplasme et à la surface des cellules B. La chaine lourde humaine est exprimée en parallèle des immunoglobulines endogènes à la surface des cellules pre-B, ainsi que dans les cellules B immatures et matures. / In order to generate a transgenic mouse producing human antibodies, three human loci (HC, LCκ et LCλ) were reconstituted in the form of circular YAC. Then, to simplify the manipulation of genes encoding the heavy chain, four vectors summarizing the genetic information contained in the human heavy chain locus were designed and cloned. The HC Minilocus (78 kbp) is composed of 13 V segments, a synthetic DJ cluster and the genes encoding the constant parts Cμ, Cɣ3 and Cɣ1. Three other constructions (~22 kbp) were derived from the intermediate cloning steps. They are based on 7 V segments and a DJ region synthesized. The HC Microlocus Classic (22 kbp) was obtained after cloning of the gene encoding the constant part ɣ1 in 3' of the V , D and J elements mentioned above; this construct encodes the heavy chain of IgG1 (ɣ1 HC). The HC Microlocus Light (21.5 kb) contains the gene encoding ɣ1 CH1-, therefore, this construction encodes IgG1 HC without CH1 domain (ɣ1HC CH1-). Such HC are expressed without being associated with light chain (Heavy Chain only antibodies). Finally, the HC Microlocus Light shRNA (22 kb) is based on the HC Microlocus Light to which was added a sequence encoding four shRNA (small hairpin RNA) to repress the murine IgM expression. This locus is designed to be injected into wild type mouse. The functionality of the four reduced human HC constructs was assessed in mouse cells. The 300-19 cell line was used because is a pro-B cell line able to rearrange endogenous or transgenic Ig genes and to express the rearranged genes as Ig proteins. 300-19 cells were transduced with the four reduced human HC constructs and the expression of the transgenic Ig genes was investigated in detail. Indeed, DJ and VDJ rearrangement, recombinatory diversity, junctional diversity, transcription, mRNA maturation, alternative splicing, Ig surface expression and secretion were assessed. The data demonstrated that these constructs undergo editing and processing in murine cells and give rise to a large diversity of human heavy chains. The HC Microlocus Light was injected in HC knock out mouse oocytes and the HC Microlocus Light shRNA (which is exactly identical to the Microlocus Light concerning the antibody gene part) in wild type mouse oocytes. Injection in wild type mice led to human γ1 HC expression, whereas injections in HC KO mice did not show any B cell population reconstitution and consequently no human HC γ1 expression. Transgenic human ɣ1 HC and endogenous mouse IgM are co-expressed at the surface of progenitor-, immature- and mature B cells.