Les cellules microgliales, principales cellules immunocompétentes résidentes du système nerveux central (SNC), d'origine myéloïde, présentent un potentiel intéressant dans la lutte contre le cancer par leur localisation privilégiée dans les tumeurs cérébrales. A la moindre perturbation de leur microenvironnement, elles s'activent graduellement, ré-expriment toutes les molécules nécessaires à la présentation de l'antigène, perdent leurs prolongements cytoplasmiques jusqu'à devenir amiboïdes et sont donc à terme totalement indiscernables des macrophages périphériques. Dans le cadre d'une immunothérapie anti-tumorale, il est important pour mieux comprendre les réponses immunitaires de pouvoir distinguer les divers protagonistes. Au sein des produits d'une banque soustractive microgliale réalisée auparavant au laboratoire, trois ARNm se sont révélés discriminants entre cellules microgliales et macrophages primaires et ce, même en condition pro- ou anti-inflammatoire. Les cellules microgliales peuvent également dans certaines conditions se différencier en cellules type dendritique. Or ces dernières sont très prometteuses en immunothérapie active, notamment par leur capacité à effectuer la présentation croisée. En utilisant la microglie néonatale ou adulte primaire, nous avons mis en évidence que la microglie in vitro et ex vivo était aussi capable de présentation croisée et que celle-ci, bien que de faible intensité, peut être modulée positivement par le GM-CSF et le CpG. Deux modèles de tumeurs intracérébrales plus ou moins immunogènes implantées par stéréotaxie chez la souris ont alors été développés afin d'évaluer des protocoles utilisant ces résultats. Ainsi un traitement combinant déplétion des lymphocytes T régulateurs et injection de CpG permet de guérir la plupart des animaux ayant la tumeur la moins agressive mais ne montre en revanche pas de réel bénéfice pour la tumeur très agressive en intracérébral alors qu'en périphérie les résultats sont systématiquement meilleurs. Enfin, l'immune responsive gene 1, issu de la banque soustractive, a été caractérisé et s'avère être un nouveau marqueur potentiel d'activation des cellules immunitaires innées stimulées par les interférons ou les ligands des récepteurs Toll, aussi bien chez la souris que chez l'homme, et pourrait donc être intéressant pour suivre l'évolution de la réponse du système immunitaire après une thérapie.

Malgré le statut immunologique particulier du système nerveux central (SNC), l'immunothérapie active représente une approche intéressante dans le traitement des tumeurs cérébrales. Loin d'être immunologiquement muet, le SNC possède même son propre réseau de cellules immunocompétentes spécialisées : les cellules microgliales. D'origine myeloïdes, elles sont capables de jouer le rôle de cellules présentatrices d'antigènes (CPA) après activation et sont idéalement situées pour induire une réponse immunitaire cytotoxique anti-tumorale efficace La manipulation de la microglie pour augmenter les réponses immunes représentent donc une approche thérapeutique particulièrement attractive dans le traitement de ces cancers. Afin de mieux caractériser les cellules microgliales, nous avons développé un modèle de souris rendues aplasique par irradiation, au sein duquel seule la microglie peut jouer le rôle de CPA. Ainsi, nous avons pu observé que dans des conditions adéquates (CpG-ODN, GM-CSF, sCD40L) les cellules microgliales sont douées in vivo d'une activité de présentation antigénique croisée et que celle-ci conduit à l'activation des LT CD8+ spécifique. En parallèle, nous avons évalué un protocole d'immunothérapie active dans un modèle préclinique de tumeur cérébrale basé sur l'implantation stéréotaxique de cellules E.G7-OVA. Ce protocole se base sur l'injection de CpG-ODN, une molécule d'origine microbienne permettant d'activer les cellules du système immunitaire et plus précisément les CPA infiltrant les tumeurs, et sur l'élimination temporaire des lymphocytes T régulateurs, des cellules qui assimilent les antigènes tumoraux à des peptides du soi et conduisent à l'anergie du système immunitaire. Les résultats obtenus montrent que ce traitement induit le rejet de la tumeur pour l'ensemble des souris et que ce rejet est dépendant de la présence des cellules NK (" natural killer ").

Les cellules Natural Killer (NK) sont des lymphocytes cytotoxiques innés qui jouent un rôle important dans le contrôle immunitaire de la formation de cellules tumorales et de l'infection virale. Chez les personnes en bonne santé, les cellules NK représentent des populations hétérogènes définies par différents marqueurs phénotypiques et exécutant des fonctions spécifiques. Les cellules NK provenant de patients présentant des tumeurs malignes néoplasiques et une infection virale sont cependant typiquement distinctes des personnes en bonne santé par l'apparition de sous-ensembles de cellules NK, qui sont différenciées par leur profil d'isoformes CD45. CD45 est une tyrosine phosphatase leucocytaire commune abondamment exprimée sur toutes les cellules immunitaires hématopoïétiques nucléées. Un variant d'épissage alternatif a entraîné la génération de l'isoforme CD45RA longue et de l'isoforme courte CD45RO, qui s'expriment différemment sur les cellules T naïves et effectrices / mémoires. L'expression des isoformes CD45 sur les cellules NK est largement inconnue. Nous avons précédemment montré que l'expression différentielle des isoformes CD45RA et CD45RO a identifié des sous-ensembles de cellules NK spécifiques dans les maladies hématologiques. Une question reste floue: comment ces cellules CD45RARO + NK changent-elles lorsque leurs cellules cibles disparaissent? Nous avons utilisé des cellules NK de patients traités avec Lenalidomide et l'anticorps anti-CD20 Obinutuzumab pour étudier cela et montré une réduction des cellules CD45RARO / CD45RO + NK après la clairance des cellules tumorales (Chater 4). Nous avons observé la même chose chez les patients atteints de LMA après une chimiothérapie. Dans ce cas, le sous-ensemble de cellules CD45RARO + NK est fortement corrélé avec la trogocytose du marqueur monocyte / macrophage CD14 (Chapitre 5). L'immunophénotypage de cellules NK provenant de patients infectés par le VIH a révélé la présence de cellules CD45RAdim et CD45RO + avec une expression réduite de CD16 et une diminution de la modulation NKG2D totale. En résumé, les cellules NK des cancers hématologiques et l'infection par le VIH présentaient des caractéristiques dysfonctionnelles et l'analyse du profil isoforme CD45 dans ces conditions pathologiques dévoile ces caractéristiques.Enfin, afin de retrouver la réponse immunitaire anti-tumorale chez les patients cancéreux, nous présentons une méthode efficace pour l'expansion in vitro de cellules NK hautement activées à partir du sang du cordon ombilical (UCB). Ces cellules NK prouvent une cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) importante lorsqu'elles sont utilisées en combinaison avec des anticorps monoclonaux approuvés sur le plan clinique ciblant divers antigènes tumoraux. Ceci ouvre leur utilisation dans les immunothérapies à base de cellules NK allogéniques. / Natural Killer (NK) cells are innate cytotoxic lymphocytes that play an important role in immune control of tumor cell formation and virus infection. In healthy people, NK cell represents heterogeneous populations defined by different phenotypical markers and performing specific functions. NK cells from patients with neoplastic malignancies and viral infection are however typically distinctive from healthy people by the appearance of NK cell subsets, which are differentiated by their CD45 isoform profile. CD45 is a common-leukocyte tyrosine phosphatase abundantly expressed on all nucleated hematopoietic immune cells. Alternative splicing variant resulted in generation of the long-isoform CD45RA and the short-isoform CD45RO, which express differently on naïve and effector/memory T cells. Expression of CD45 isoforms on NK cells is largely unknown. We have previously shown that differential expression of CD45RA and CD45RO isoforms identified specific NK cell subsets in hematological diseases. One question remained unclear: how do these CD45RARO+ NK cell changes when their target cells disappeared? We used NK cells from patients treated with Lenalidomide and the anti-CD20 antibody Obinutuzumab to investigate this and showed a reduction in CD45RARO/CD45RO+ NK cells upon clearance of tumor cells (Chater 4). We observed the same in AML patients after chemotherapy. In this case the CD45RARO+ NK cell subset strongly correlates with trogocytosis of the monocyte/macrophage marker CD14 (Chapter 5). Immunophenotyping of NK cells from HIV-infected patients revealed the presence of CD45RAdim and CD45RO+ cells with reduced CD16 expression and total NKG2D down-modulation. In summary, NK cell from hematological cancers and HIV infection displayed dysfunctional hallmarks and analyzing CD45 isoform profile in these pathological conditions unveils these hallmarks.Finally, in order to regain the anti-tumor immune response in cancer patients, we present an efficient method for expansion of highly activated NK cells from umbilical cord blood (UCB) in vitro. These NK cells prove substantial antibody-dependent cell cytotoxicity (ADCC) when used in combination with clinical-approved monoclonal antibodies targeting various tumor antigens. This paves their use in allogeneic NK cell-based immunotherapies.

L’immunothérapie basée sur le transfert de lymphocytes T (LT) spécifiques de la tumeur est une approche prometteuse contre le cancer. Pour activer et amplifier de tels LT, principale étape limitante de cette approche, des cellules présentatrices d’antigène artificielles (CPAA) ont été développées au laboratoire. Ces CPAA ont été construites à partir de fibroblastes murins NIH/3T3 transduits à l’aide de vecteurs gammarétroviraux afin d’exprimer les principaux éléments nécessaires à l’activation de LT humains. Ces CPAA nous permettent d’obtenir des LT mémoires souches (TSCM : CD95+CD45RA+CD62L+CCR7+), LT très peu différenciés récemment identifiés chez l’homme. Ces TSCM ont été décrits comme étant du plus grand intérêt pour l’immunothérapie en raison de leur capacité d’auto-renouvellement et de leur faculté à se différencier en LT effecteursefficaces. Pour optimiser l’amplification de TSCM spécifiques, nous avons notamment étudié les effets sur les LT de l’expression de différentes molécules de costimulation par nos CPAA (CD80, CD70 et 4-1BBL). Les protéines MART-1 et MELOE-1, surexprimées dans les mélanomes, ont été utilisées comme antigènes modèles pour ces travaux. Les CPAA CD80+CD70+ et CD80+CD70+4-1BBL+ sont les plus prometteuses pour maintenir le phénotype des TSCM. Une étude exhaustive des CPAA CD80+CD70+ a montré que nous pouvions obtenir un plus grand nombre de TSCM fonctionnels spécifiques de MART-1 et de MELOE-1 de manière reproductible avec ces CPAA. Dans une seconde étude, nous avons pu montrer que les CPAA CD80+CD70+4-1BBL+ permettaient d’obtenir le plus grand nombre de LT spécifiques fonctionnels et très peu différenciés après purification et restimulation de LT spécifiques stimulés une première fois par les CPAA CD80+CD70+. Ces travaux devraient nous permettre, après le développement d’un modèle murin, de proposer de nouvelles stratégies d’immunothérapie basées sur l’obtention grâce à nos CPAA optimisées de LT spécifiques anti-tumoraux capables d’assurer une protection à long terme aux patients. / Immunotherapy based on the transfer of tumor-specific T lymphocytes (TLs) is a promising approach against cancer. To activate and amplify such TLs, main limiting step of this approach, artificial antigen presenting cells (AAPCs) have been developed in the laboratory. These AAPCs have been constructed from NIH/3T3 murine fibroblasts transduced with gammaretroviral vectors to express the principal elements required to activate human TLs. With these AAPCs, we can obtain anti-tumor stem cell memory TLs (TSCM: CD95+CD45RA+CD62L+CCR7+), which are very limitedly differentiated TLs recently identified in humans. These TLs have been recently described as cells of great interest for immunotherapy because of their self-renewal capacity and their ability to differentiate into effective effector TLs. To improve the amplification of specific TSCM, we notably studied the effects on TLs of the expression of different co-stimulatory molecules by our AAPCs (CD80, CD70 and 4-1BBL). MART-1 and MELOE-1, proteins that are overexpressed in melanoma, were used as model antigens in this work. CD80+CD70+ and CD80+CD70+4-1BBL+ AAPCs appear to be the most promising ones for maintaining a TSCM phenotype. An exhaustive study of CD80+CD70+ AAPCs showed that we could reproducibly get greater numbers of MART-1- and MELOE-1-specific functional TSCM with these AAPCs. In another study, we have shown that CD80+CD70+4-1BBL+ AAPCs enabled us to get the greatest number of functional and very limitedly differentiated specific TLs after purification and restimulation of specific TLs stimulated first with CD80+CD70+ AAPCs. This work should allow us, after the development of a murine model, to propose new immunotherapy strategies based on the possibility of obtaining with our optimized AAPCs anti-tumor specific TLs capable of ensuring patient long term protection.

Pour mon travail de thèse Doctorat j'ai rejoint l'hôpital Saint Louis à Paris sous la direction scientifique Dr. Fabien Calvo. L'objectif principal de mon travail de doctorat Es Science était de développer des modèles cellulaires de cancer du sein humain afin d'étudier les effets d'agents anticancéreux. En parallèle, j'ai étudié l'expression des antigènes du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) dans les cellules d'adénocarcinome mammaire humain ainsi que leur modulation par l'IFN-g. J'ai montré que l'induction de l'expression des antigènes du CMH était associée à la résistance à la lyse par les cellules NK et cellules LAK et à l'augmentation de la susceptibilité à la lyse mediée par l'anticorps (Antibody Dependent Cytotoxicity ADCC). Ces travaux ont fait l'objet de plusieurs publications dans des journaux avec comité de sélection (Jabrane-Ferrat 1-6 et de thèse de Doctorat de l'Université Scientifique et Médicale de Grenoble en Juin 1988).<br />Lors de mon travail post-doctoral à l'université de Californie San Francisco, j'ai travaillé sur les aspects moléculaires de la régulation de l'expression des gènes du complexe majeur d'histocompatibilité de classe II (CMHII).<br />Dans une première phase nous avons définit les aspects structuraux des gènes CMHII et leur niveau de méthylation et du compactage de la chromatine. Nous avons montré que MDBP forme un complexe avec la boîte X du DRA et que le complexe MDBP qui est équivalent à l'activité EF-C (protéine qui se lie sur la séquence enhancer du virus du polyome), EP (protéine qui se lie sur la séquence enhancer de l'hépatite B) et MIF (une séquence intronique de c-myc) contient RFX-1 (Zhang, Jabrane-Ferrat et al. 1993).<br />Ensuite, j'ai montré que la boîte pyrimidine tract contenait une séquence GGAAG présente dans les séquences consensus reconnues par la famille de protéines de l'oncogène Ets-1. Ainsi, j'ai démontré le rôle de l'oncogène Ets-1 dans l'expression d'un taux élevé des gènes du CMH II dans les cellules B et les cellules dendritiques. Ce travail a été publié dans MCB (Jabrane-Ferrat et al. 1994).<br />En plus de la séquence TATA, le promoteur HLA-DRA possède une séquence Octamer qui fixe les facteurs Oct1 (expression ubiquitaire) et Oct2 (expression spécifique aux cellules B). Les mutations du site TATA ne semblent pas affecter l'expression du promoteur, alors que toutes mutations du site octamer réduisent l'expression du promoteur. Nous avons substitué la séquence Octamer-TATA par la boîteTATA de l'adénovirus E1b et montré que cette mutation par substitution enlève la dépendance du site octamer. Nous avons également montré que la boîteTATA de E1b fixe le facteur TBP, tandis que celle du promoteur DRA ne le fixe pas. Cela nous a permis de conclure qu'au niveau du promoteur HLA-DRA, la boîteTATA n'est pas fonctionnelle et que la séquence Octamer joue un rôle dans le recrutement du TBP à la machinerie de transcription basale (TBP, Pol II et TAFs) (Voliva, Jabrane-Ferrat and Peterlin 1995).<br />Après clonage du facteur OCA-B, activateur spécifique des cellules B qui interagit de façon équivalente avec les protéines Oct-1 et Oct-2 liée au site octamer, nous avons décrit la première interaction entre deux co-activateurs tissu-spécifiques: CIITA et OCA-B. Nous avons montré que le CIITA et OCA-B interagissent directement et agissent de facon synergique au niveau du promoteur HLA-DRA. Nos résultats suggèrent qu'au niveau des promoteurs de classe II le CIITA permet de recruter un second activateur OCA-B ceci permet d'exposer deux surfaces d'activation pour une interaction avec les TAFs (TBP associated factors [12]) et la machinerie de transcription de base. Ou encore que OCA-B via son interaction avec TBP et d'autres TAFs créerait un complexe qui fixerait le CIITA avec une plus grande affinité et activerait la transcription avec une plus grande éfficacité. La formation d'un complexe multiprotéique entre les protéines régulatrices et le complexe de préinitiation serait responsable de l'expression des gènes de classe II et probablement d'autres gènes impliqués dans la réponse immunitaire. L'absence de l'expression d'OCA-B dans les cellules traitées par l'IFN-g pourrait-être responsable en partie du faible niveau d'expression des gènes de classe II dans les cellules présentatrices d'antigènes et dans les cellules somatiques (Fontes, Jabrane-Ferrat et al. 1996).<br />Des observations préliminaires nous ont permis de postuler que la boîte S est une duplication ancestrale de la boîteX. Dont le but de confirmer ce postulat, j'ai montré que la délétion de la boîte S est nécessaire à l'expression du promoteur DRA dans les cellules B et que les promoteurs du CMHII sont soumis à des contraintes spaciales très rigides. L'espace entre les boîtes S et X ne peut pas être modifié. De plus nous travaux nous permis de suggérer que non seulement les séquences X et S fixent la même protéine mais en plus il existe des interactions entre les protéines se fixant au niveau de la boîte X et au niveau de de la boîte S (Jabrane-Ferrat et al. 1996).<br />Pour confirmer que le rôle de la boîte S in vivo et déterminer son importance dans la régulation de l'expression des gènes CMHII, nous avons montré que RFX1 peut lier la séquence X en l'absence des autres séquences promotrices. La présence de la boîte Y permet de favoriser et d'augmenter la fixation de RFX5 par rapport à celle de RFX1. La boîte S quand à elle, elle augmente la fixation de RFX1 et de RFX5. Nos résultats ont suggéré que les boîtes S et Y permettent de sélectionner spécifiquement RFX5 (Fontes, Jabrane-Ferrat et al. 1996 et 1997). <br />L'ensemble des travaux résumés ici sont repris en détail dans ce mémoire d'habilitation à diriger des recherches.<br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br />EXPOSE DES TRAVAUX DE RECHERCHE<br /><br />I. INTRODUCTION<br /><br />Les gènes du complexe majeur d'histocompatibilité de classe II (CMHII) ainsi que ceux nécessaires à la dégradation et à la présentation de l'antigène sont régulés de manière coordonnée dans les cellules. Leurs promoteurs contiennent des séquences régulatrices en cis (CUS) qui lient les complexes protéiques composés du facteur régulateur X (RFX) et le facteur nucléaire Y (NFY) (Reith et al. 2000, revue). Ces facteurs sont non seulement recrutés au niveau du promoteur de manière coopérative mais ils forment également une plateforme capable de recruter le trans-activateur du CMHII (CIITA). Le recrutement de CIITA permet ainsi l'initiation et l'élongation de la transcription des gènes du CMHII localisés sur le bras court du chromosome 6 (Fontes et al. 1999, Kanazawa et al. 2000). Notre compréhension, de ce système de régulation, a été favorisée par des analyses génétiques et biochimiques du syndrome du lymphocyte nu (BLS) (Gricelli et al. 1989, Lisowska-Gropierre et al. 1994) dont les patients ont été répértoriés en différents groupes de complémentation. Les mutations responsables de cette immunodéficience, ont été identifiées pour quatres groupes de complémentation et affectent les trois sous-unités de RFX (Steimle et al. 1995, Masternak et al. 1998, Nagarajan et al. 1999) ainsi que le CIITA (Steimle et al. 1993). Dans le dernier groupe (5eme) de BLS, seuls les promoteurs en direction du télomère sont transcrits et par conséquent ils se traduisent par l'absence d'expression de certains isotypes du CMHII. La transcription des gènes impliqués dans la dégradation et la présentation de l'antigène par les déterminants du CMHII est une nécessite absolue pour une immunité adaptative. L'équipe que je souhaite créer aura pour but de pousuivre la dissection des mécanismes moléculaires qui permettent les interactions ADN-protéines et protéine-protéine au niveau du promoteur, leurs fonctions, la régulation du CIITA et sa capacité à coordonner différentes activités de l'ARN polymerase II (ARNPII), recréer ce complexe de régulation dans un système de transcription in vitro. Notre but à long terme est d'utiliser les connaissances que nous allons acquérir pour l'obtention d'un vaccin anti-tumoral.