L'interleukine-2 (IL-2) est nécessaire à l'homéostasie des lymphocytes T régulateurs CD4+ Foxp3+ (Tregs) et son administration à faibles doses permet d'induire une expansion spécifique et dose-dépendante de ces cellules. Nous avons précédemment démontré que l'administration d'IL-2 à faibles doses permet de restaurer la tolérance immunitaire chez la souris NOD (modèle murin de diabète autoimmun). Toutefois cette stratégie n'est efficace à long terme que chez 30% des souris traitées.Mon travail de thèse a porte? sur l'amélioration de la thérapie par faibles doses d'IL-2. Dans un premier temps, nous avons démontré que la combinaison de l'IL-2 avec la rapamycine, une drogue ciblant préférentiellement les lymphocytes T effecteurs et épargnant les Tregs, ne permet pas d'améliorer le traitement. Au contraire, la rapamycine abolit de façon transitoire la tolérance induite par l'IL-2. Dans un deuxième temps, nous avons essayé d'augmenter les doses d'IL-2, dans le but d'induire une activation plus forte des Tregs. Néanmoins, le traitement par fortes doses d'IL-2 ne prévient pas le diabète autoimmun mais accélère son développement et est associé à une très forte toxicité.Ensuite, un deuxième axe de ma thèse s'est articulé autour de notre découverte de l'existence d'autoanticorps anti-IL-2 neutralisants chez la souris NOD et les patients souffrant de diabète de type 1. Ces autoanticorps modulent négativement l'homéostasie des Tregs in vivo, suggérant un rôle potentiel dans la physiopathologie du diabète autoimmun.Dans l'ensemble, ces résultats permettent de reconsidérer l'utilisation de l'IL-2 à faibles doses, seule ou combinée, dans le contexte du diabète de type 1. / CD4+ Foxp3+ regulatory T cells (Treg cells) are essential for the maintenance of immune tolerance. Interleukin-2 (IL-2) is mandatory for the homeostasis of Treg cells and its administration at low-doses induces a specific dose-dependent boost of Treg cells. Previous work has demonstrated that a short-tem treatment with low-doses IL-2 can revert established autoimmune diabetes in the NOD mouse model. However, this strategy induces long-term reversal in only 30% of the treated mice and can be optimized. During my PHD, my work has focused on the optimization of T1D therapy with low-doses of IL-2. First, we tried to combine low-doses of IL-2 with rapamycin, an immunosuppressive drug known to mainly affect Teff cells. The combined treatment (IL-2/Rapa) did not induce diabetes reversal and even reversibly broke IL-2-induced tolerance. Then, we tried to increase the IL-2 dose in order to increase the amplitude of the Treg boost. However, despite an important Treg cell boost, high-doses IL-2 administration to pre-diabetic NOD mice was toxic and precipitated T1D onset. In a second project, we described the existence of neutralizing anti-IL-2 autoantibodies in NOD mice and T1D patients. Our data suggested that anti-IL-2 autoantibodies negatively impacted on Treg cell homeostasis in vivo, contributing to the impaired immune tolerance observed in NOD mice and T1D patients. Altogether, our results lead to the consideration of low-doses IL-2, alone or combined, for the treatment of T1D. In addition, our demonstration of the existence of anti-IL-2 autoantibodies in NOD mice and T1D patients leads to a better understanding of T1D physiopathology.

La MA est caractérisée par une altération progressive des fonctions cognitives, et définie par les "dégénérescences neurofibrillaires", les "plaques séniles" et une neuroinflammation impliquant les cellules microgliales. L’immunothérapie constitue une approche thérapeutique prometteuse dans la MA. Un premier essai clinique de vaccination anti-Aβ a été arrêté après la survenue de 6% de cas de méningoencéphalites imputés à l’activation de réponses T anti-Aβ pro-inflammatoires. Cependant, des études récentes suggèrent un effet bénéfique de certaines populations de cellules T CD4+ anti-Aβ. L'ensemble de ces données suggère des rôles complexes de différentes réponses lymphocytaires T au cours de la MA, et soulignent la nécessité de mieux comprendre leur implication dans la maladie et les mécanismes de leur régulation. L’objectif de ce travail a été d’étudier l’impact des Tregs sur la progression de la maladie dans un modèle murin APPPS1. Les résultats montrent que la déplétion transitoire des Tregs accélère l’apparition des troubles cognitifs, sans altérer la pathologie amyloïde. Ces observations sont corrélées avec une réduction du recrutement des cellules microgliales autour des plaques Aβ et une altération du profil d’expression, dans le cerveau des souris, de certains gènes impliqués dans la maladie. A l’inverse, l’amplification sélective des réponses Tregs entraine une augmentation du recrutement des cellules microgliales autour des plaques et une amélioration des fonctions cognitives. L’ensemble de ces résultats suggère un rôle bénéfique des Tregs au cours de la maladie d’Alzheimer et encourage le développement d’approches d’immunothérapie basées sur leur modulation. / Alzheimer’s Disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive loss of memory and cognitive functions. Accumulation of Aβ peptide is considered the initiating cause of pathogenic lesions, and immunotherapy strategies targeting Aβ represent promising therapeutic approaches. Vaccination against Aβ provided encouraging results in experimental mouse models and, to a lesser extent, in a subsequent clinical trial (AN1792). Although the AN1792 trial had to be interrupted due to meningoencephalitis attributed to pro-inflammatory T cell responses in 6% of the patients, preclinical murine models did not show evidence of T cell-related side effects. In addition, several reports suggest that Aβ-specific CD4+ T cells may be implicated in the natural course of AD and could have a strong therapeutic potential as well, pointing out the need for better understanding the role and regulation of T cell responses to Aβ. We previously showed that regulatory T cells (Tregs) control Aβ-specific CD4+ T cell responses in physiological and pathological settings upon vaccination. The aim of this work was to analyze the impact of Tregs on the natural course of the disease progression in a mouse model of AD. Early transient depletion of Tregs accelerated the onset of cognitive deficits in APPPS1 mice. This result was correlated with less recruitment of microglia towards amyloid deposits and altered disease-related gene expression profile. Conversely, Tregs selectively amplifying resulted in higher numbers of plaque-associated microglia and improved cognitive functions in APPPS1 mice. These data suggest a beneficial role of Tregs in the pathophysiology of AD by modulating microglial response. Our study highlithts the therapeutic potential of Treg-based immunotherapies in AD.

Le rôle de l'interleukine 2 (IL-2) dans les cellules dendritiques (DC) humaines n’est pas bien défini. Dans ce travail, nous avons exploré les effets de l'IL-2 sur des DC dérivées de monocytes. Nous démontrons une expression constitutive des chaines des β et γ du récepteur de l’IL-2 sur les DC ainsi qu’une une expression inductible de la chaîne α en réponse à des agents ‘maturants’ tels le LPS et le TNFα. L’IL-2 induit la phosphorylation du facteur de transcription STAT5 provoquant l’augmentation de la synthèse d'IFN-γ par les DC sans modifier leur phénotype ou leur survie. En revanche, nous n'avons pas mis en évidence d’activation des autres voies de signalisation du récepteur de l’IL-2. Nous avons également démontré que l'IL-2 augmente les capacités des DC à activer les lymphocytes T CD4+ allogéniques et les lymphocytes T CD8+ indépendamment des lymphocytes T auxilliaires. Nous n’avons pas pu mettre en évidence la sécrétion endogène d'IL-2 par les DC cependant les anticorps anti-CD25 diminuent les capacités allostimulatrices de DC en absence d’IL-2 exogène. Ainsi nos travaux indiquent que l’expression de CD25 par les DC matures est un événement clé menant la DC à un nouvel état d’activation. / Human dendritic cells (DC) express interleukin 2 (IL-2) receptor α-chain (CD25), but the role of IL-2 in DC is poorly understood. In this work, we explored the effects of IL-2 on monocyte-derived DC. First, we demonstrated the constitutional expression of β and γ chain of IL-2R on DC, while the α-chain was inducible by LPS and TNFα. Then we found that IL-2 does not affect DC phenotype and apoptosis but increases IFN-γ synthesis in DC through activation of transcription factor STAT5. Moreover we reported that IL-2 increases the ability of DC to activate allogeneic CD4+ T cells and helpless CD8+ T lymphocytes, most likely because of IL-2–triggered IFN-γ synthesis. We have not been able to demonstrate the endogenous secretion of IL-2 by DC, however anti-CD25 decreased allostimulatory capacity of DC in the absence of exogenous IL-2.In summary, we disclose that IL-2 induces DC functional maturation and activation. Interestingly, our study suggests a direct effect of anti-CD25 monoclonal antibodies on DC and that CD25 expression regulation on human DC could be used to control immune response in vivo.

Chef de file des inhibiteurs de tyrosines kinase, l’Imatinib Mesylate (IM) a révolutionné la prise en charge de la leucémie myéloïde chronique et des tumeurs stromales gastro-intestiales. En plus de son action directe sur les cellules tumorales, une partie de l’efficacité thérapeutique de l’IM a été attribuée à son aptitude à moduler la réponse immunitaire. Cette propriété soulève la possibilité que les résultats cliniques de l’IM pourraient être améliorés en le combinant efficacement à une immunothérapie. A cet effet, nous avons montré dans un modèle préclinique que l’interleukine-2 (IL-2) – adjuvant des cellules NK – augmente l’efficacité de l’IM. Nous avons également démontré une efficacité supérieure de l’IM en association au cyclophosphamide (CTX) du fait de l’inhibition des lymphocytes T régulateurs. Nous avons donc entrepris un essai clinique de phase 1 associant l’IM, l’IL-2 et le CTX chez des patients ayant une tumeur solide métastatique ou localement avancée. Les objectifs de cet essai sont (i) de déterminer la dose maximale tolérée d’IL-2 associée à l’IM et au CTX ; (ii) d’étudier les paramètres pharmacocinétiques de l’association ; (iii) d’évaluer l’efficacité de l’association et (iv) son effet sur les effecteurs de l’immunité. Au total, 17 patients ont été inclus dans cette étude. La DMT d’IL-2 associée à la dose fixe de 400 mg d’IM correspond à 6 MUI/j. A ce niveau de dose, tous les patients ont présenté au moins un effet indésirable imputable au traitement : principalement fièvre et frissons, augmentation des enzymes hépatiques, asthénie et nausée mais sans que ne soit observée de toxicité limitante. L’étude des paramètres pharmacocinétiques révèle une augmentation significative de l’exposition systémique à l’IM en fin de cycle et qui semble être imputable à l’IL-2. La pharmacocinétique de l’IL-2 n’est par contre pas modifiée par l’administration concomitante d’IM. Sur le plan des effecteurs de l’immunité, l’association IM, IL-2 et CTX diminue le taux de lymphocytes B, lymphocytes T (LT) CD4+ et LT CD8+ mais active les cellules NK puisqu’on observe une augmentation des marqueurs CD56bright, HLA-DR et TRAIL. De manière intéressante, la sous-population de cellules NK HLA-DR+ possède des capacités de dégranulation plus importante après exposition à cette association et son expansion est associée à une meilleure survie. Cette association pourrait donc s’avérer particulièrement intéressante dans le traitement de tumeurs sensibles d’une part à l’IM et d’autre part à la lyse par les cellules NK. Les GIST étant particulièrement sensibles à l’IM, nous avons étudié l’infiltrat tumoral présent au niveau de ses tumeurs. Nous avons ainsi pu mettre en évidence le rôle pronostique de l’infiltrat en LT et NK sur la survie sans progression des GIST. En vue d’une étude de phase 2, les GIST apparaissent donc être un modèle tumoral particulièrement pertinent pour évaluer les bénéfices de l’association IM, IL-2 et CTX. / Imatinib mesylate (IM) was the first tyrosine kinase inhibitor to be successfully used in clinical practice and its introduction has revolutionized the management of chronic myeloid leukemia and gastrointestinal stromal tumors. In addition to its direct effects on malignant cells, IM appears to exert immunological off-target effects that contribute to its anticancer effects. Thus, combining IM with immunotherapy might improve patients’ clinical outcome. Indeed, IM combined to Interleukin-2 (IL-2) - a cytokine that enhances natural killer (NK) cells functions - improved antitumor responses in preclinical models. We also observed synergistic effects of cyclophosphamide (CTX) and IM as a result of the inhibition of regulatory T lymphocytes. Based on the promising results of these preclinical studies, we developed a phase 1 clinical trial which combines metronomic CTX, IM and escalating doses of IL-2 in patients affected by refractory solid tumors. The goals of this study were (i) to determine the maximum tolerated dose of IL-2 combined with IM and CTX ; (ii) to study the pharmacokinetics of IM and IL-2 ; (iii) to evaluate clinical efficacy of the combined therapy and (iv) effects of the association on immune parameters. A total of 17 patients were enrolled in the study. The maximum tolerated dose of IL-2 combined with IM, given at a constant dose of 400 mg was determined to be 6 MIU/day. At this dose level, all patients experienced at least one treatment-related adverse event: fevers and chills, transaminase elevation, fatigue and nausea but no dose-limiting toxicities were observed. Pharmacokinetic studies revealed that the co-administration of IL-2 increases the systemic exposure of patients to IM. In contrast, the pharmacokinetics of IL-2 was not modified by IM. The combined therapy markedly reduced the absolute numbers of B lymphocytes, CD4+ T cells and CD8+ T cells in a IL-2 dose-dependant manner. The NK cell compartment was activated, exhibiting a significant upregulation of CD56bright, HLA-DR and TRAIL. Interinstingly, the abundance of HLA-DR+ NK cells after one course of combined therapy positively correlated with both progression free- and overall survival. Thus, it could be of interest to evaluate this immunotherapeutic regimen in a tumor model sensitive to IM and to lysis by NK cells and evaluate whether the adjunction of IL-2 can boost the efficacy of IM. GIST are particularly sensitive to IM, thus we performed a retrospective study of the immune infiltrates and their prognostic value in these tumors. We found that both LT and NK cell infiltrates were independent prognostic factors for progression-free survival. For a phase 2 clinical trial, gastrointestinal stromal tumors appear to be a particularly relevant to evaluate the benefits of the association IM, IL-2 and CTX.

Chef de file des inhibiteurs de tyrosines kinase, l'Imatinib Mesylate (IM) a révolutionné la prise en charge de la leucémie myéloïde chronique et des tumeurs stromales gastro-intestiales. En plus de son action directe sur les cellules tumorales, une partie de l'efficacité thérapeutique de l'IM a été attribuée à son aptitude à moduler la réponse immunitaire. Cette propriété soulève la possibilité que les résultats cliniques de l'IM pourraient être améliorés en le combinant efficacement à une immunothérapie. A cet effet, nous avons montré dans un modèle préclinique que l'interleukine-2 (IL-2) - adjuvant des cellules NK - augmente l'efficacité de l'IM. Nous avons également démontré une efficacité supérieure de l'IM en association au cyclophosphamide (CTX) du fait de l'inhibition des lymphocytes T régulateurs. Nous avons donc entrepris un essai clinique de phase 1 associant l'IM, l'IL-2 et le CTX chez des patients ayant une tumeur solide métastatique ou localement avancée. Les objectifs de cet essai sont (i) de déterminer la dose maximale tolérée d'IL-2 associée à l'IM et au CTX ; (ii) d'étudier les paramètres pharmacocinétiques de l'association ; (iii) d'évaluer l'efficacité de l'association et (iv) son effet sur les effecteurs de l'immunité. Au total, 17 patients ont été inclus dans cette étude. La DMT d'IL-2 associée à la dose fixe de 400 mg d'IM correspond à 6 MUI/j. A ce niveau de dose, tous les patients ont présenté au moins un effet indésirable imputable au traitement : principalement fièvre et frissons, augmentation des enzymes hépatiques, asthénie et nausée mais sans que ne soit observée de toxicité limitante. L'étude des paramètres pharmacocinétiques révèle une augmentation significative de l'exposition systémique à l'IM en fin de cycle et qui semble être imputable à l'IL-2. La pharmacocinétique de l'IL-2 n'est par contre pas modifiée par l'administration concomitante d'IM. Sur le plan des effecteurs de l'immunité, l'association IM, IL-2 et CTX diminue le taux de lymphocytes B, lymphocytes T (LT) CD4+ et LT CD8+ mais active les cellules NK puisqu'on observe une augmentation des marqueurs CD56bright, HLA-DR et TRAIL. De manière intéressante, la sous-population de cellules NK HLA-DR+ possède des capacités de dégranulation plus importante après exposition à cette association et son expansion est associée à une meilleure survie. Cette association pourrait donc s'avérer particulièrement intéressante dans le traitement de tumeurs sensibles d'une part à l'IM et d'autre part à la lyse par les cellules NK. Les GIST étant particulièrement sensibles à l'IM, nous avons étudié l'infiltrat tumoral présent au niveau de ses tumeurs. Nous avons ainsi pu mettre en évidence le rôle pronostique de l'infiltrat en LT et NK sur la survie sans progression des GIST. En vue d'une étude de phase 2, les GIST apparaissent donc être un modèle tumoral particulièrement pertinent pour évaluer les bénéfices de l'association IM, IL-2 et CTX.