Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La fonction de cytolyse est un mécanisme majeur des effecteurs du système immunitaire pour éliminer les cellules infectées ou tumorales. Cette fonction associe l'activité de la perforine, qui forme des pores dans la membrane d'une cellule cible, à la sécrétion de protéases: les granzymes. Ces dernières sont des molécules pro-apoptotiques qui induisent la mort de la cellule cible. Les granzymes et en particulier granzyme B ciblent plusieurs voies intracellulaires complémentaires pour assurer l'efficacité de la cytolyse. Or il est difficile d'observer directement la fonction de cytolyse au cours de réponse immunitaire in vivo dans des conditions physiologiques. Dans les travaux présentés dans cette thèse, nous avons développé un nouveau modèle qui permet de suivre la fonction de cytolyse en temps réel par l'expression d'une protéine de fusion fluorescente GZMB-tdTomato. Les résultats obtenus par expression rétrovirale ont montré que la protéine de fusion est correctement exprimée dans les vésicules cytolytiques qui deviennent fluorescentes. Dans un second temps, nous avons réalisé un nouveau modèle murin qui exprime GZMB-tdTomato de manière substituée au GZMB natif par recombinaison homologue (Knock In). Nous avons mis en évidence que la protéine de fusion conserve l'activité catalytique de la protéine native et ses caractéristiques (conditions d'expression, de maturation, de sécrétion et demeure active après le passage dans la cellule cible lors de la cytolyse). En utilisant un modèle murin exprimant un TCR transgénique nous avons pu suivre le déroulement de la fonction de cytolyse de lymphocytes cytotoxiques en temps réel par video microscopies. / Cytolysis is a major function used by the immune system's effectors to kill infected or tumor cells. Cytolysis depends on the pore forming protein perforin and the secretion of proteases of the granzyme family. Granzymes, including granzyme B (GZMB) have pro-apoptotic features and induce target cell death. Several complementary pathways are triggered by granzymes to ensure efficient cytolysis. It remains difficult to directly observe cytolysis during in vivo immune responses under physiological conditions. In this PhD we developed a new model to visualize cytolytic function in real time by expression of a fusion protein: GZMB-tdTomato. Results obtained from retroviral transduction showed that the fusion protein is correctly expressed in cytolytic vesicles, which became fluorescent. We then constructed a new mouse model by homologous recombination (Knock In) that express GZMB-tdTomato substituted for the native GZMB. The fusion protein conserves the catalytic activity of GZMB and its features (expression, maturation, secretion conditions) and remains active after its passage into target cells. Using TCR transgenic OTI cells, we followed the sequence of events of cytolysis from lymphocytes in real time by videomicroscopy. We also observed the cytolytic vesicles relocalization towards the cell contact zone and the death of target cell by cytolysis. Finally, we studied in vivo differentiation of naïve lymphocyte to cytolytic effector cells (the acquisition of cytolysis) and target cell death after bacterial infection.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les lymphocytes T cytotoxiques (CTL) et les cellules tueuses naturelles (NK) éliminent leurs cellules cibles tumorales grâce à l’exocytose et à la libération du contenu des granules cytotoxiques contenant une protéine formant des pores, appelée perforine (PFN), et une famille de serine-protéases induisant la mort cellulaire, appelés granzymes (Gzms). Ces Gzms, pénètrent dans les cellules cibles de manière dépendante de la PFN et activent diverses voies de signalisation apoptotiques aboutissant à la mort de la cellule cible. Au cours de ce travail, nous avons étudié le rôle de la protéine suppresseur de tumeurs p53 dans la cascade moléculaire conduisant à l’apoptose induite par les effecteurs cytotoxiques via la voie PFN/Granzyme B (GzmB). Nous avons ainsi pu montrer qu’en réponse au GzmB ou à des effecteurs cytotoxiques, la forme sauvage de p53 s’accumule dans les cellules cibles au niveau des mitochondries afin d’interagir avec la protéine anti-apoptotique Bcl-2 et de réguler positivement la perméabilisation de la membrane mitochondriale externe induite par le GzmB. L’activité non transcriptionelle de p53 au niveau des mitochondries joue donc un rôle clé dans le contrôle de l’apoptose induite par les CTL et les NK (Ben Safta et al. J Immunol 2015). Etant donné que le gène TP53 est muté dans plus de 50% des tumeurs humaines, nous avons également cherché à déterminer si la restauration d’une p53 sauvage dans des cellules tumorales portant une p53 non fonctionnelle pourrait potentialiser la réponse cytotoxique antitumorale. Nos résultats montrent qu'effectivement, la réactivation pharmacologique de l’activité sauvage de p53 dans une lignée d'adénocarcinome mammaire possédant une p53 mutée sensibilise ces cellules tumorales à la lyse induite par les cellules NK via l’activation d’un processus d’autophagie et d’une cascade d’événements moléculaires qui sont en cours d’identification. / Cytotoxic T lymphocytes (CTL) and natural killer (NK) cells eliminate their tumor target cells through exocytosis and release of the cytotoxic granules (CG) content. These CG contain a pore-forming protein called perforin (PFN), and a family of cell death inducing serine-proteases, called granzymes (Gzms). Gzms enter the target cells in a PFN-dependent manner and activate various apoptotic signaling pathways leading to the death of the target cell. In this work, we studied the role of the tumor suppressor protein p53 in the molecular cascade leading to apoptosis induced by cytotoxic effectors via the PFN/Granzyme B (GzmB) pathway. We have shown that in response to GzmB or to cytotoxic effectors, wild-type p53 accumulates on target mitochondria in order to interact with the anti-apoptotic protein Bcl-2 and to positively regulate the GzmB-induced mitochondrial outer membrane permeabilization. Thus, the non-transcriptional activity of p53 in the mitochondria plays a key role in the control of apoptosis induced by CTL and NK (Ben Safta et al J Immunol 2015). Because the TP53 gene is mutated in more than 50% of human tumors, we also aimed to determine whether the restoration of a wild-type p53 fonction in tumor cells carrying a non-functional p53 could potentiate the cytotoxic antitumor response. Our results show that the pharmacological reactivation of a wild-type p53 activity in a mammary adenocarcinoma cell line harboring a mutated p53 sensitize these tumor cells to the NK cell lysis via the activation of autophagy and a cascade of molecular events that are being identified.

Previous studies have shown that cytotoxic CD8+ T cells are important mediators of immunity against the bovine intracellular protozoan parasite T. parva. The present study set out to determine the role of granule enzymes in mediating killing of parasitized cells, first by characterising the granzymes expressed by bovine lymphocytes and, second, by investigating their involvement in killing of target cells. Experiments using the perforin inhibitor concanamycin A confirmed that CD8+ T cell killing of T. parva-infected cells is dependent on granule exocytosis, a process that involves release of granzymes into the target cell, resulting in activation of apoptotic pathways. Analysis of the bovine genome sequence identified orthologues of granzymes A, B, H, K and M, as well as another gene O, most closely related to granzyme A. The genes were found within 3 loci in the genome. Using specific PCR assays, all of these granzymes were shown to be expressed in Theileria-specific CD8+ T cells. Further studies were undertaken to study the role of granzyme B in killing. DNA constructs encoding functional and non-functional forms of bovine granzyme B were produced and the proteins expressed in COS cells were used to establish an enzymatic assay to detect and quantify expression of functional granzyme B protein. Using this assay, the levels of killing of different T. parvaspecific CD8+ T cell clones were found to be significantly correlating with levels of granzyme B protein expression. Moreover, the granzyme B inhibitor III, Z-IETDFMK was shown to inhibit killing by CD8+ T cell clones.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22887号 / 医博第4681号 / 新制||医||1048(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 武藤 学, 教授 小川 誠司, 教授 藤田 恭之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Le cancer colorectal est un problème de santé publique majeur pour lequel la recherche de nouveaux traitements est indispensable. Notre équipe a démontré l’efficacité d’une immunothérapie par un lipide A dans un modèle de cancer du colon chez le rat. Lorsque les rats sont porteurs de petites carcinomatoses, le lipide A induit la guérison de 95% des rats. L’étude des mécanismes d’action de cette immunothérapie nous a permis de montrer que l’effet antitumoral du lipide A est dépendante de la cytotoxicité induite par le granzyme B produit par les neutrophiles intratumoraux. En effet, nous avons montré que, dans le microenvironnement tumoral, les neutrophiles produisent du granzyme B et présentent un phénotype de type N2 protumorigène. Lorsque les rats sont traités par lipide A, il y a modification du phénotype des neutrophiles en type N1 antitumoral et libération du granzyme B qui induit l’apoptose des cellules tumorales. Lorsque les rats développent des tumeurs beaucoup plus volumineuses, l’efficacité du lipide A est diminuée et seul 40% des animaux sont guéris. L’injection préalable d’oxaliplatine permet alors de maintenir l’efficacité de l’immunothérapie par le lipide A. Nous avons montré que l’oxaliplatine induit la sénescence des cellules tumorales, générant ainsi un microenvironnement propice au recrutement au sein des tumeurs des neutrophiles, lesquels sont activables par l’immunothérapie subséquente. L’association de l’induction de la sénescence et de l’activation des cellules immunitaires par immunothérapie est une approche efficace et originale sur laquelle les recherches doivent se poursuivre. / Colorectal cancer is a major public health concern in France. Resistance to standard chemotherapy requires development of novel therapeutic approaches. In the past decades, our team showed the immunotherapeutic properties of lipid A in a model of colon cancer in rats. 95% of rats bearing small carcinomas were cured following treatment by lipid A. The study of mechanisms underlying this immunotherapy allowed us to show that the antitumor effect of lipid A was dependent on cytotoxicity induced by granzyme B produced by intratumoral neutrophils. Indeed, we have shown that, in the tumor microenvironment, neutrophils produced granzyme B and had a pro-tumorigenic N2 phenotype. When rats were treated with lipid A, neutrophils shifted to an antitumor N1 phenotype and released granzyme B, thus inducing apoptosis of tumor cells. In rats bearing advanced carcinoma, the effectiveness of lipid A was reduced and only 40% of animals were cured. An injection of oxaliplatin prior to lipid A treatment allowed sustaining the effectiveness of lipid A immunotherapy. In the present study, we showed that oxaliplatin injection induced tumor cell senescence. The microenvironment produced by senescent cells enabled then the recruitment of neutrophils within tumors, subsequently activated by lipid immunotherapy.Combining the induction of tumor cells senescence and activation of immune cells by an immunotherapeutic agent constitute an original and interesting therapeutic approach, but still studies must be carrying out to better understand underlying mechanisms.

L'évasion immunitaire tumorale joue un rôle central dans la progression tumorale et représente un obstacle majeur au succès des immunothérapies. Dans cette Thèse nous avons étudié le rôle du cytosquelette d’actine dans la résistance des cellules de cancer du sein à la lyse induite par les cellules "natural killers" (NKs). Nous avons trouvé que les cellules de cancer du sein résistantes échappent à l’attaques des cellules NKs par une accumulation importante et rapide d’actine près de la synapse immunologique, un processus que nous avons nommé "réponse actine". Nos analyses mécanistiques suggèrent que la réponse actine induit la polarisation d’autophagosomes vers la synapse immunologique et facilite ainsi la dégradation des molécules cytotoxiques sécrétées par les cellules NKs, tel que le ganzyme B, par autophagie. De plus, la réponse actine est associée au regroupement de ligands inhibiteurs à la synapse, suggérant qu’elle est au centre de plusieurs mécanismes de résistance. Dans leur ensemble, nos résultats constituent une base pour le développement d’approches thérapeutiques visant à interférer avec la réponse actine et à restaurer une réponse immunitaire anti tumorale efficace. / Tumor immune evasion plays a central role in cancer progression and is a major hurdle to effective immunotherapy. In this Thesis, we examine the role of the actin cytoskeleton in breast cancer cell resistance to natural killer (NK) cell-mediated cell lysis. We found that resistant breast cancer cells escape from NK-cell attack through a rapid and prominent accumulation of actin near the immunological synapse, a process we termed the “actin response”. Our mechanistic investigations suggest that the actin response drives autophagosome polarization toward the immunological synapse and thereby facilitates the autophagy-mediated degradation of NK cell-derived cytotoxic molecules such as granzyme B. In addition, the actin response was associated with inhibitory ligand clustering at the immunological synapse, suggesting that it is a common driver of different immune evasion mechanisms. Taken together, our data lays the groundwork for therapeutic approaches aimed at interfering with the actin response and restoring an effective anti-tumor immune response.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Abstract not available