Le cancer est l’une des principales causes de mort dans le pays développés ; bien que les opérations chirurgicales, la radiothérapie et la chimiothérapie représentent aujourd’hui les principales options de traitement des patients souffrants de tumeurs malignes, leurs effets secondaires sévères ont ouvert la voie au développement de l’immunothérapie antitumorale. A part l’immunothérapie passive, qui est basée sur les anticorps ou tout autre composant du système immunitaire synthétisés en dehors du corps dont la potentielle menace de réactions immunes a été prouvée, nous avons concentré nos efforts sur l’immunothérapie active, qui réside dans la stimulation du système immunitaire du patient pour éradiquer sélectivement les cellules malignes. L’identification d’antigènes carbohydrates associés aux tumeurs (TACAs), surexprimés à la surface des cellules cancéreuses, a permis le développement de vaccins spécifiques à cet antigène. Il est connu depuis plus de 40 ans que la majorité des cancers chez l’homme sont caractérisés par une glycosylation aberrante. Les cellules tumorales peuvent surexprimer des versions tronquées d’oligosaccharides, une séquence terminale inhabituelle ou une augmentation de la sialylation des glycolipides et des glycoprotéines de surface. Un oligosaccharide d’une glycoprotéine tronqué peut rendre une partie de la chaîne principale du peptide, d’habitude caché par le sucre, plus accessible au système immunitaire. Parmi les différents TACAs, nous avons concentré notre attention sur les antigènes Tn et Tf, qui peuvent être trouvés sur des glycoprotéines comme MUC-1, surexprimés sur plus de 90% des carcinomes du sein. Bien que la conception de ces immunomodulateurs repose toujours sur des règles empiriques, il est important de déclencher à la fois la réponse humorale et cellulaire, ainsi qu’un effet de mémoire. Ce défi peut être relevé en combinant, sur une seule molécule, l’antigène carbohydrate exprimés à la surface des tumeurs (épitope des cellules B), les peptides capables de stimuler les cellules CD4+ et CD8+ (épitopes des cellules T) et un adjuvant, pour recueillir tous les éléments du système immunitaire au niveau du site d’injection et renforcer l’absorption des antigènes. De précédentes études faites dans notre groupe de recherche ont publié pour la première fois la synthèse et l’évaluation immunologique d’un prototype de vaccin anticancéreux à quatre composant capable d’induire une réponse immunitaire de longue durée sur des modèles murins. Dans mon travail de thèse, nous avons voulu synthétiser des prototypes de vaccin anticancéreux basés sur les TACAs avec des propriétés immunologiques accrues. Notre stratégie de conception a été guidée par (i) l’importance d’une haute densité de carbohydrates pour promouvoir une capture d’antigène plus efficace et un traitement par les cellules présentatrices d’antigène, et (ii) l’expression hétérogène des TACAs au cours de la maladie et parmi différents patients. En respectant ces deux aspects, il sera possible de déclencher une réponse immunitaire plus forte et à plusieurs facettes. / Cancer is one on the leading causes of death in developed countries; although surgical resection, direct irradiation and cytotoxic chemotherapy represent nowadays the main treatment options for patients suffering with malignancies, their severe side effects paved the way for the rise in popularity of antitumoral immunotherapy. Apart from passive immunotherapy, which is comprised of antibodies or other immune system components that are made outside of the body and has been shown to be associated to potentially life threatening immune reactions, we focused our efforts towards active immunotherapy, which purpose is stimulate the patient immune system to selectively eradicate malignant cells. The identification of tumor-associated carbohydrate antigens (TACAs) on the surface of cancer cells has allowed the development of antigen-specific vaccines. It has been known for over four decades that the majority of human cancers are characterized by aberrant glycosylation. Tumor cells may over-express truncated versions of oligosaccharides, unusual terminal oligosaccharide sequences, or increase sialylation of cell-surface glycolipids and O- and N-linked glycoproteins. A truncated oligosaccharide of a glycoprotein may render a part of the peptide backbone, which is normally shielded by the glycan, more accessible to the immune system. Among the assortment of TACAs we focussed our attention on Tn and TF-antigens, which can be found in membrane-bound glycoproteins like MUC-1, over-expressed in more than 90% of breast carcinomas. Although the design of such immuno-modulators still relies on empiric rules, it is noteworthy important to trigger both humoral and cellular responses, and a memory effect. This challenge can be achieved by combining, within a single molecule, carbohydrate antigen expressed on the surface of tumors (B-cell epitope), peptides capable to stimulate both CD4+ and CD8+ T-cells (T-cell epitopes) and an adjuvant, to gather immune system elements in the injection site and boost the antigen uptake. Previous studies of our research group reported for the first time the synthesis and immunological evaluation of a four-component anticancer vaccine prototype capable of inducing a long-lasting immune response in mice models. In my PhD work we aimed to synthesize TACA-based anticancer vaccine prototypes with improved immunological properties. The principles which guided our design strategies rely on (i) the importance of a high density of carbohydrate epitopes to promote a more effective antigen capture and processing by antigen-presenting cells, and (ii) the evidence of heterogenic expression patterns of TACAs during the course of the disease and among different individuals. Addressing these two aspects would provide a stronger and multifaceted immune response.

L'apport des anticorps immunomodulateurs ciblant PD-1, PD-L1 et CTLA-4 ont récemment révolutionné la prise en charge thérapeutique du cancer. Cependant, seule une minorité de patients développent des réponses objectives à ces traitements. Par conséquent, de nouvelles innovation thérapeutiques sont nécessaires afin d'augmenter l'immunogénicité des tumeurs et de surmonter la résistance à la thérapie contre les anticorps immunomodulateurs. Les propriétés oncolytiques de certains virus peuvent être exploitées afin de permettre un amorçage de l'immunité anti-tumorale. Différents virus oncolytiques (OVS) sont actuellement en développement clinique intense en combinaison avec des thérapies par anticorps immunomodulateurs. Nous avons trouvé qu'un vaccin viral pédiatrique disponible dans le commerce a des propriétés oncolytiques. Ce virus pédiatrique peut tuer directement les cellules cancéreuses, avec des caractéristiques de mort cellulaire immunogène. De plus, ce virus a des propriétés pro-inflammatoires et peut activer la voie NF-kB indépendamment des voies de danger cellulaire (TLR et IRF). Ces propriétés biologiques in vitro se traduisent in vivo en une activité anti-tumorale. L'Injection intra-tumorale du vaccin a des effets anti-tumoraux directs mais également à médiation immunitaire. De façon intéressante, dans des modèles de souris immunocompétentes porteuses de tumeurs murines, l'injection intra-tumorale de vaccin a un effet synergique avec des anti CTLA-4 permettant la guérison de 100% des souris. Les vaccins sont des produits pédiatriques et adultes de grade clinique. Par conséquent, des stratégies de vaccination in situ par injection intra-tumorale pourraient être rapidement mises en clinique / Immune checkpoint targeted therapies against PD-1, PD-L1 and CTLA-4 are currently revolutionizing cancer care. However, only a minority of patients develop objective responses with these treatments. Therefore, new therapeutic interventions are needed to increase the immunogenicity of tumors in order to overcome resistance to immune checkpoint blockade therapy. Oncolytic properties of common viruses can be exploited for the priming of anti-tumor immunity and such oncolytic viruses (OVs) are currently in intense clinical development in combination with immune checkpoint targeted therapies. We have found that commercially available virus vaccines do have oncolytic properties. These pediatric vaccine virus can directly kill cancer cells with features of immunogenic cell death. Moreover, it has pro-inflammatory properties and can activate the NF-Kb pathway in a toll-like receptor and IRF3 independent manner. These in vitro biological properties translate in vivo into anti-tumor activity. Intra-tumoral vaccine therapy has anti-tumor effects which are partly immune mediated. Interestingly, in immunocompetent murine pediatric tumor models, intra-tumoral injection overcome resistance and synergize with immune checkpoint targeted therapy. Vaccines are pediatric and adult clinical grade products. Therefore, in situ intra-tumoral immunization strategies could be implemented quickly in the clinic

Les préparations de Viscum album (VA), connu sous le nom vernaculaire de gui européen, sont fréquemment utilisées en support des traitements anticancéreux, principalement pour améliorer la qualité de vie des malades et réduire la croissance des tumeurs. Elles sont connues pour exercer des effets anti-tumoraux. Il existe de plus en plus de données scientifiques faisant état de liens étroits entre cancer et inflammation. Étant donné que la prostaglandine E2 (PGE2) induite par la cyclo-oxygénase 2 (COX-2) joue un rôle clef dans l’inflammation, j’ai exploré la régulation du système COX-2-PGE2 par VA et ses mécanismes sous-jacents. J’ai montré que VA exerce ses effets anti-inflammatoires en inhibant sélectivement l’expression de COX-2 et en diminuant la production de PGE2 qui en découle, par le biais d’une déstabilisation de l’ARNm de COX-2. En plus de leurs propriétés cytotoxiques, il a été montré que les préparations de VA ont également des effets immunostimulants. Les différentes préparations de VA sont hautement hétérogènes du fait de leurs compositions biochimiques qui varient selon la récolte, l’espèce de l’arbre hôte et les méthodes de préparation qui peuvent influer sur leur efficacité clinique. De ce fait, j’ai réalisé une étude comparative sur cinq préparations de VA dans le but d’analyser leurs capacités de maturation et d’activation des cellules dendritiques (DC) qui peuvent à leur tour présenter une réponse immunitaire anti-tumorale. Les résultats ont montré que parmi les cinq préparations,VA Qu Spez induit de manière significative l’activation des DC et la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires telle que l’IL-6, l’IL-8 et le TNF-α qui induisent la production d’IFN-γ,orientant de ce fait la réponse immunitaire vers une réponse Th1. L’orchestration de la11fonction des cellules myélomonocytiques est un élément central à l’interface entre inflammation et cancer. Il constitue un paradigme expliquant la plasticité et la fonction des macrophages. Mon étude met en évidence l’influence de VA Qu Spez sur la polarisation des macrophages qui passent d’un état alternatif (M2) à un état dit classique (ou M1). Les macrophages M2 sont connus pour polariser les réponses immunitaires Th2, pour participer à l’élimination des parasites, pour diminuer l’inflammation, pour promouvoir le remodelage tissulaire et la progression des tumeurs et pour avoir des fonctions immunorégulatrices. Les macrophages M1 sont impliqués dans la réponse Th1, favorisent la résistance aux pathogènes intracellulaires et aux tumeurs et promeuvent des réactions de désagrégation tissulaires. L’ensemble de ces résultats permet de comprendre les propriétés anti-inflammatoires et immunostimulantes des préparations de VA. Des recherches complémentaires permettront d’améliorer les stratégies d’utilisation thérapeutique de VA et son utilisation dans les soins de support aux traitements anticancéreux. / Viscum album (VA) preparations, commonly known as European mistletoe, are frequentlyused as complementary therapy in cancer, mainly to improve quality of life of the patients andto reduce the tumor growth. They are known to exert anti-tumoral effects. There is increasing evidence of the convoluted connection of cancer and inflammation. As cyclooxygenase-2(COX-2)-induced prostaglandin E2 (PGE2) plays a key role in the inflammation, I explored the regulation of COX-2-PGE2 axis by VA and underlying mechanisms. I found that VA exerts anti-inflammatory effects by selectively inhibiting COX-2 expression and ensuing PGE2 production. Inhibition of COX-2 expression implicates COX-2 mRNA destabilisation. In addition to their cytotoxic properties, they have also been shown to have immunostimulatory properties. Each VA preparations are highly heterogeneous because oftheir chemical composition which varies depending on the time of harvest, species of host treeand manufacturing methods, together which might influence clinical efficacy of VA.Therefore I performed a comparative study involving five different preparations of VA concerning maturation and activation of dendritic cells (DCs) which in turn may manifestanti-tumoral immune response. Results showed that among all five preparations, VA Qu Spez significantly induces DC activation, secretion of pro-inflammatory cytokines such as IL-6, Il-8 and TNF-α, enhancing IFN-γ production hence promoting Th1 immune response. The orchestration of myelomonocytic cell function is a key element that links inflammation and cancer and provides a paradigm for macrophage plasticity and function. My study reveals the effect of VA Qu Spez in switching the M2 macrophages which are known to participate inpolarizing Th2 responses, help with parasite clearance, dampen inflammation, promote tissue remodelling and tumor progression and have immunoregulatory functions, towards classicallyactivated M1 macrophages which are part of a polarized Th1 response and mediate resistance13to intracellular pathogens and tumors and elicit tissue-disruptive reactions. These results together should assist in understanding the anti-inflammatory and immunostimulatory properties of VA preparations and further research is warranted to improve the therapeutic strategies of use of VA and their role as complimentary therapy in cancer.