Proefschrift--Universiteit Leiden, 2003. / Textes en anglais et en néerlandais. Bibliogr. en fin de chap.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 18 janvier 2005). Bibliogr.

Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen. / Met lit.opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

L'asthme est une pathologie inflammatoire de type TH2 caractérisée par une éosinophilie sanguine et bronchique, toutefois le rôle précis de l'éosinophile reste à définir. Premièrement, nous avons démontré que les éosinophiles sanguins expriment de façon transitoire le Fc?RIII (CD16), un récepteur d'IgG, lors de la crise asthmatique. Nous avons observé que l'IL-2 et les complexes immuns IgG favorisent l'expression de surface du CD16. Nous avons également trouvé que le rapport des IgG spécifiques pour les allergènes sur les IgE totaux corrèle avec l'expression du CD16 lors d'une crise d'asthme et que les éosinophiles sanguins CD16+ présentent un plus faible niveau d'IL-12 intracellulaire. Finalement, nous avons démontré que lL-12 est une cytokine régulatrice pour l'éosinophile, elle réduit sa capacité de migration et de dégranulation mais n'affecte pas sa viabilité. Ces études démontrent que des facteurs normalement associés à la réponse de type TH1 jouent un rôle dans l'activité biologique de l'éosinophile dans un contexte d'asthme.

Les traitements par immunothérapie adoptive actuels sont compromis par une faible infiltration et expansion des LT CD8 injectés. Les travaux antérieurs de l'équipe ont montré une synergie entre les signaux du TCR et du récepteur à l'IL-2 pour la différenciation en Lymphocytes T (LT) effecteurs compétents, un effet qui peut être mimé par une forme constitutivement active du facteur de transcription STAT5 (STAT5CA). Mon projet de thèse à viser à exprimer ce STAT5 actif dans des LT CD8 anti-tumoraux dans le but d'augmenter leur réactivité. Nous démontrons que STAT5CA soutient l'expression de gènes contrôlant la migration, la survie, la composition des granules cytolytiques, la sécrétion de cytokines de type Tc1 (IFNy/TNFα) et leur potentiel de réponse secondaire. Les LT modifiés par STAT5CA sur-expriment les facteurs de transcription T-bet et Eomes qui sont associés respectivement à la différenciation en LT effecteur mémoire et central mémoire. Le potentiel cytolytique et migratoire des LT modifiés par STAT5CA rend ces cellules plus efficaces que des LT contrôlent pour induire une régression tumorale dans des modèles de mélanome transplanté ou induit (modèle TiRP). Ces résultats suggèrent une résistance accrue aux mécanismes d'immunosuppression intra-tumoraux. Contrairement aux LT contrôles, les LT modifiés par STAT5CA sous-expriment l'IL-6Rα et le TGFβRII et ont une moindre sensibilité à l'action immunosuppressive des cytokines IL-6 et TGFβ1. / Adoptive therapies are compromised by poor infiltration and expansion of injected CD8 T cells. Previous work in our team has demonstrated that signals from TCR and IL-2 receptor are acting in synergy to promote the differentiation of CD8 T cells. Moreover, this IL-2 effect can be mimicked by a constitutive active form of STAT5 (STAT5CA). During my PhD, I expressed this active STAT5 in anti-tumor CD8 T cells in order to enhance their activity. We demonstrated that STAT5CA sustains gene expression involved in migration, survival, cytolytic granules composition, Tc1 cytokine secretion (IFNy/TNFα) and secondary response potential. T cells transduced with STAT5CA up-regulate expression of the transcription factors T-bet and Eomes which are involved respectively in effector or central memory T cell differentiation. Cytolytic and migratory properties of STAT5CA T cells contribute to their capacities to induce regression of both transplanted and induced (TiRP model) melanomas, while control T cells were inefficient. Those results suggest that STAT5CA T cells are less sensitive to tumor-derived immunosuppression. Compared to control T cells, STAT5CA T cells show a down-regulation of IL-6Rα and TGFβRII which correlate with their decreased sensitivity to IL-6 and TGF1 derived immunosuppression. Moreover, STAT5CA T cells infiltrate lung, liver and pancreas which open possible treatments for highly frequent tumors that are not efficiently cured.

Le lymphocyte T est une cellule clé de l'immunité spécifique. Dans le but de créer un outil de compréhension et de prédiction de certains mécanismes immunitaires, une modélisation de la réponse immunitaire du lymphocyte T est proposée. L'activation du lymphocyte par la reconnaissance d'un peptide apprêté par une cellule présentatrice d'antigène est une étape essentielle de cette réponse immunitaire. Cette activation a été modélisée par un système d'équations différentielles ordinaires, de type cinétique chimique, représentant l'évolution temporelle des concentrations de différentes protéines lymphocytaires (TCR/CD3, CD28, CD69, CD25, IL-2). Afin de considérer une quantité d'antigène variable dans l'organisme, un modèle de prolifération virale a aussi été écrit, basé sur des exemples de modèles proies/prédateurs, obtenant ainsi un système d'équations différentielles ordinaires mettant en jeu un virus donné, les cellules cibles du virus, saines ou infectées, et l'action des lymphocytes T cytotoxiques. Un couplage de ces deux modèles (activation lymphocytaire T et prolifération virale) permet une approche de simulation de la réponse lymphocytaire T spécifique à une infection virale.

Les maladies allergiques sont devenues un enjeu de santé publique majeur en raison d’une prévalence en constante augmentation ces dernières années, d’un risque accru de choc anaphylactique et de l’absence de traitement curatif existant. Les allergies alimentaires sont caractérisées par une évolution fréquente vers le choc anaphylactique. Les lymphocytes T régulateurs (Treg), cellules permettant le maintien de l’homéostasie immunitaire et le contrôle des réponses, sont au centre du processus de régulation des réponses allergiques. Il a été démontré qu’il existait un déficit quantitatif et qualitatif de ces cellules chez les patients allergiques et que les manifestations allergiques étaient exacerbées en l’absence de Treg. L’induction, in vivo, de ces cellules semble donc être une alternative thérapeutique prometteuse afin de prévenir et traiter les maladies allergiques en particulier, l’allergie alimentaire. L’interleukine-2 (IL-2), cytokine du système immunitaire permettant la survie, l’expansion et la différenciation des lymphocytes, notamment les Tregs lorsqu’elle est utilisée à faible dose, constitue une avancée thérapeutique majeure. L’objectif de cette thèse a été d’évaluer le potentiel thérapeutique de l’IL-2 faible dose dans l’allergie alimentaire. L'IL-2 faible dose induit l’expansion et l’activation de Treg permettant la mise en place d’une protection contre les manifestations cliniques d'allergie alimentaire dans deux modèles de souris avec l'ovalbumine et l'arachide. L’abolition de cet effet clinique chez les souris dont les Treg ont été éliminés démontre la contribution majeure des Treg dans l'efficacité de la thérapie IL-2. Les mécanismes associés à la protection peuvent être corrélés à une modification locale de la balance Th1 / Th2 et une inhibition du recrutement et de l'activation des mastocytes. Nous avons démontré que l’IL-2 induit une protection clinique durable, supérieure à 7 mois, aussi bien lorsqu’elle est administrée de façon préventive (avant la phase de sensibilisation), que curative (après la sensibilisation ou le déclenchement de l’allergie). Cette protection à long terme est également dépendante des Treg dans la mesure où leur déplétion entraine la perte de protection de souris. Ces résultats, combinés à l’absence visible d’augmentation des Treg en fin de protocole, nous ont conduits à caractériser les mécanismes immunorégulateurs inhérents à ce contrôle effectif à distance et sur le long terme après traitement, en analysant notamment les sous populations de cellules régulatrices particulièrement efficace pour contrôler les réponses allergiques. Les résultats préliminaires obtenus, qu’il conviendra de reproduire, ne nous permettent pas de conclure clairement quant à la sélection des Treg spécifiques de l’allergène, ou de sous population de Treg, réputées protectrices dans l’allergie. Toutefois, nos résultats constituent la preuve de concept de l’utilisation de l’IL-2 faible dose dans l’allergie alimentaire. De même l’IL-2 a également montré son efficacité dans un modèle murin d’allergie respiratoire (ovalbumine). Nous avons aussi démontré que des voies d’administration alternatives étaient possibles, notamment la voie orale. De ce fait, un essai clinique de phase II testant l’administration d’IL-2 faible dose dans la rhinoconjonctivite va prochainement être mise en place par notre centre d’investigation clinique. Ainsi, nous espérons développer une nouvelle biothérapie, sûre, efficace et peu coûteuse, dans la prise en charge thérapeutique des allergies. / Regulatory T cells (Treg) are pivotal for maintenance of immune self-tolerance, and also regulate immune responses to exogenous antigens, including allergens. Both decreased Treg number and function have been reported in allergic patients, offering new therapeutic perspectives. The in vivo induction of these cells therefore, appears to be a promising therapeutic option in order to prevent and treat allergic diseases in particular, food allergy. Interleukin-2 (IL-2), allowing the survival, expansion and differentiation of lymphocytes, especially Treg when used at low doses, is a major therapeutic advance. Here, we evaluated the ability of low dose IL-2 (intraperitoneal route to control) allergy in an experimental model of food allergy. Low dose IL-2 (ld-IL-2) induced Treg expansion and activation that elicited protection against clinical manifestations of food allergy in two mouse models with ovalbumin and peanut. This clinical effect was lost in Treg-depleted mice demonstrating the major contribution of Treg in ld-IL-2 efficacy. Also, protection from allergy could be explained by a Treg-dependent local modification of the Th1/Th2 balance and an inhibition of mast cell recruitment and activation. Then, preventive and therapeutic effects of ld-IL-2 were observed over a 7-month period, highlighting its long-term efficacy. This long-term protection is also dependent on Treg insofar as their depletion results in the loss of protection of mice. These results, with the loss of increase of Treg at the end of the protocol, led us to better characterize the immunoregulatory mechanisms involved in the ld-IL2 long term efficacy, in particular by analyzing subpopulations of Treg particularly effective in controlling allergic responses. The preliminary results obtained, which should be reproduced, do not allow us to conclude clearly to the selection of allergen-specific Treg, or Treg subpopulation involved in the regulation of allergic responses. However, our results demonstrate the proof of concept of the use of low-dose IL-2 in food allergy. Similarly IL-2 has also shown its efficacy in a mouse model of asthma (ovalbumin). Alternative routes of administration were also demonstrated, including oral route. As a result, a clinical trial testing low-dose IL-2 in rhinoconjunctivitis will soon be initiated by our center. The present data show for the first time the therapeutic potential of ld-IL-2 for the treatment of food allergy, and should prompt hope, in the therapeutic management of allergies. Patients will be offered the first curative treatment developed in food allergies to improve their quality of life. Keywords: Allergy, Interleukin 2, biotherapy, therapeutic option, allergen-specific Treg, peripheral Treg.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / La présence de lymphocytes T infiltrant (TILs) a été démontrée dans plusieurs types de cancer. Par contre, la fonctionnalité des TILs est affectée par de nombreux facteurs qui font du milieu tumoral un environnement inhibiteur pour ceux-ci. Notre hypothèse de travail était qu'il est possible de prendre avantage des TILs encore activés afin d'élaborer une stratégie anti-tumorale. Nous avons mis au point un système qui permet d'isoler spécifiquement les TILs activés. Pour ce faire, nous avons construit un vecteur contenant le gène codant pour la partie extracellulaire et transmembranaire du CD 19 (ACD19), que nous avons mis sous le contrôle du promoteur minimal de l'interleukine 2. Nous avons démontré que le ACD19 est exprimé de façon stable à la surface cellulaire, que le vecteur est inductible suite à l'activation des lymphocytes T et qu'il est possible d'isoler spécifiquement les cellules exprimant le ACD19. Finalement, nous avons caractérisé un modèle tumoral animal et déterminé les conditions nécessaires pour tester notre hypothèse in vivo.

Nos travaux décrivent l’identification et la caractérisation d’une cellule immunitaire : l’IKDC pour Interferon Producing killer dendritic cell. Cette population cellulaire, découverte à la faveur de la combinaison Imatinib mesilate et Interleukine 2 dans le traitement des métastases pulmonaires de mélanome B16F10 chez la souris, combine des caractéristiques de cellule dendritique (présentation antigénique) et de cellule natural killer (lyse sans apprentissage). Le phénotype des IKDC est le suivant :CD3-, CD19-, CD11c+,B220+, NK1.1+. Nous avons établi une stratégie de culture des IKDC ex vivo grâce à la trans-présentation de l’IL-15 et montré que ces cellules sont capables de présenter des antigènes aux lymphocytes T et de vacciner une souris contre une tumeur. Ce projet se poursuit par la mise en place d’un essai clinique de phase I utilisant Imatinib mesilate et l’Interleukine 2. / In this manuscript, we describe the isolation and the characterisation of a novel immune cell: the IKDC for Interferon Producing killer dendritic cell. This cell population, discovered thanks to the combination Imatinib mesilate and Interleukine 2 for the treatment of lung metastases of B16F10 murine melanoma, shares dendritic cell (antigen presentation) and natural killer cell (non specific lysis) properties. IKDC phenotype is the following: CD3-, CD19-, CD11c+, B220+, NK1.1+. We established a culture strategy for the IKDC ex vivo thanks to the trans-presentation of IL-15 and demonstrated that these cells once cultivated are able to prime lymphocytes and to protect mice from tumor development. This project has led to a phase I clinical trial testing the antitumor effect of the combination Imatinib mesilate and Interleukin 2.

Le CTLA4 permet de maintenir la tolérance du soi et prévient le développement d’auto-immunités. Contenu au sein de vésicules intra-cytoplasmiques des lymphocytes T au repos, le CTLA4 est exprimé à la membrane plasmique suite à l’activation du TCR, on le qualifie de rétrocontrôle inhibiteur du système immunitaire (ICB). L’anticorps bloquant le CTLA4, l’ipilimumab induit un contrôle immunitaire à long terme chez une fraction de patients atteints de mélanomes métastatiques. Deux études cliniques de phase III ont conduit à son autorisation de mise sur le marché dans le traitement du mélanome métastatique par la FDA et l’EMA en 2011. Cependant le blocage du CTLA4 est souvent associé au développement d’effets indésirables liés à l’immunité, irAEs, majoritairement au niveau de la peau et de l’intestin, deux sites colonisés par la flore microbienne. Afin de continuer le développement des ICB et des combinaisons de traitements, de nombreux efforts visent à découpler l’efficacité anti-tumorale de la toxicité associée à l’anti-CTLA4. Bien que la stimulation du système immunitaire soit responsable des effets thérapeutiques de l’anti-CTLA4, aucun biomarqueur immunologique d’efficacité n’a été décrit. Dans notre première étude nous avons étudié le mécanisme d’action de l’anti-CTLA4 et nous avons décrit un rôle de l’IL-2 et de ses récepteurs dans l’activité anti-tumorale de l’anticorps. Nous avons également décrit la fraction soluble du récepteur à l’IL-2, le sCD25 comme un biomarqueur potentiel de résistance au traitement. Une concentration élevée de sCD25 dans le sérum des patients atteints de mélanome prédit la résistance à l’ipilimumab. Dans notre second projet, nous avons révélé le rôle du microbiote intestinale et particulièrement de bactéries Gram négatives, des Bacteroides, dans l’efficacité anti-tumorale de l’anti-CTLA4. L’absence d’efficacité du blocage du CTLA4 chez les animaux dépourvus de flore intestinale peut être rétablie par l’administration de Bacteroides fragilis, ou bien de DC, ou encore de lymphocytes T spécifiques de B. fragilis, sans déclencher de colites. Ces travaux suggèrent de nouvelles stratégies thérapeutiques pour espérer améliorer la balance bénéfice / toxicité / coût de l’ipilimumab. / CTLA4, cytotoxic T lymphocyte antigen-4, which is present in the intracytoplasmic vesicles of resting T cells, is upregulated at the surface of activated T cells where it maintains self-tolerance and prevents autoimmunity. The CTLA4-blocking antibody, ipilimumab, induces immune-mediated long term control of metastatic melanoma in a fraction of patients, leading to its approval by the US Food and Drug Administration (FDA) and the European Medical Agency (EMA) in 2011 for the treatment of advanced metastatic melanoma. However, blockade of CTLA4 by ipilimumab often results in immune-related adverse events (irAEs) at sites that are exposed to commensal flora, namely the gut and the skin. Uncoupling efficacy from toxicity is a challenge for the development of immune checkpoint blockers and therapeutic combinations. Although ipilimumab undoubtedly exerts its therapeutic effects via immunostimulation, relevant immune biomarkers that predict treatment efficiency remain elusive. Firstly, we unravel a role for IL-2 and IL-2 receptors in the anticancer activity of CTLA-4 blockade. Importantly, our study provides an immunologically relevant biomarker, elevated serum sCD25, which predicts resistance to CTLA-4 blockade in patients with melanoma. Secondly, we show that the antitumor effects of CTLA4 blockade depend upon intestinal Gram-negative bacteria, mostly Bacteroides species. These bacteria accumulate at the bottom of the intestinal crypts and elicit an IL-12-dependent Th1 immune response specific for distinct Bacteroides species, both in tumor bearing mice and in cancer patients. CTLA4 blockade lost its anticancer efficacy in antibiotic-treated or germ-free mice. This defect could be overcome by oral administration of Bacteroides fragilis (Bf), immunization with Bf polysaccharides, or adoptive transfer of Bf-specific T cells, all of which in the absence of colitis. Our study unravels the key role of Bacteroides in the immunostimulatory effects of CTLA4 blockade, suggesting novel strategies for safely broadening its clinical use