La transplantation d'hépatocytes est un procédé séduisant pour remplacer les cellules déficientes dans un foie anatomiquement normal. Dans les maladies métaboliques héréditaires hépatiques (MMHH), la thérapie cellulaire présente un potentiel espoir thérapeutique. Le remplacement d'un pourcentage restreint (5-10%) d'hépatocytes déficients par des hépatocytes normaux pourrait rétablir durablement la fonction métabolique. Les résultats des essais cliniques de transplantation d'hépatocytes génétiquement modifiés ou non sont moins concluants, montrent une prise de greffe insuffisante et, dans la plupart des études, un effet thérapeutique transitoire. L'efficacité limitée de la transplantation d'hépatocytes isolés dans le traitement des MMHH semble en partie liée au faible pourcentage de la masse hépatocytaire reconstituée par les hépatocytes définitivement greffés et fonctionnels. De nombreux modèles animaux ont été développés pour étudier les facteurs pouvant augmenter le nombre et le pourcentage d'hépatocytes transplantés et greffés. Cependant, la majorité de ces modèles ne sont pas transposables en clinique car ils présentent des risques importants ou mal évalués pour les patients. Les principaux objectifs de ce travail ont été d'étudier des moyens peu invasifs pour induire une régénération hépatique et une prise de greffe hépatocytaire significatives dans le but de développer une nouvelle approche de transplantation d'hépatocytes génétiquement modifiés ex vivo pour le traitement de l'hypercholestérolémie familiale. L'effet d'une embolisation portale partielle (EPP) réversible sur la prolifération hépatocytaire et la régénération hépatique a été évalué chez le macaque. A la différence de l'EPP par un produit non résorbable, il ne s'agit pas d'une approche potentiellement délétère à long terme. Une obstruction veineuse plus complète a été provoquée en utilisant le Curaspon®, une gélatine biodégradable, en forme de poudre. Nous avons démontré pour la première fois dans la littérature l'efficacité d'une EPP réversible à induire une importante prolifération hépatocytaire et régénération hépatique. Nos données suggèrent qu'une occlusion portale initiale et temporaire est suffisante pour déclencher les mécanismes responsables d'une régénération hépatique dans le foie non-embolisé. L'utilisation du Curaspon® en poudre peut être considérée comme la forme la plus évoluée d'EPP : très distale, résorbable, qui dure suffisamment pour induire l'hypertrophie hépatique. Cette technique pourrait être indiquée dans des situations cliniques nécessitant une régénération hépatique de courte durée (ex. le traitement des cancers du foie en plusieurs étapes) ou dans des cas qui ne nécessitent pas une résection hépatique, comme la transplantation d'hépatocytes pour le traitement de MMHH. Ces résultats nous ont permis d'évaluer cette approche dans notre protocole préclinique de thérapie génique pour le traitement de l'hypercholestérolémie familiale chez le primate, par autotransplantation d'hépatocytes génétiquement modifiés ex vivo par un vecteur lentiviral. Nous avons démontré que l'EPP réversible induit une régénération hépatique du foie non-embolisé et améliore notablement les résultats de la transplantation d'hépatocytes isolés génétiquement modifiés exprimant la GFP. Seize semaines après la transplantation, les hépatocytes transduits et greffés exprimaient le transgène contrôlé par le promoteur apo-AII humain. Notre protocole a montré pour la première fois chez un gros animal que l'EPP par un produit résorbable entraine avec des conditions de sécurité optimales une repopulation hépatique importante par des hépatocytes transduits par un vecteur lentiviral, et ceci même à distance de la transplantation hépatocytaire. Les résultats encourageants de ces travaux nous ont ouvert la voie pour avancer sur notre projet préclinique et envisager la réalisation d'une étude clinique de phase I/II pour le traitement de l'hypercholestérolémie familiale.

Rationnel : L'implication établie des progéniteurs endothéliaux circulants dans les phénomènes de néovascularisation chez l'adulte a stimulé la recherche de thérapeutiques angiogènes basées sur la greffe de ces cellules. Deux types cellulaires au phénotype endothélial sont actuellement définis entre autres par leur cinétique d'apparition en culture : les progéniteurs précoces (CFU-EC ou CAC) et tardifs (ECFC). Notre équipe a montré que l'injection thérapeutique de cellules mononucléées de moelle osseuse (BM-MNC) permettait la néovascularisation du site ischémié chez des patients atteints d'artériopathie des membres inférieurs, et que les néovaisseaux formés avaient le phénotype d'ECFC. Nous avons dans un premier temps mesuré les concentrations de différentes protéines modulant l'angiogenèse, chez des patients atteints de pathologies ischémiques et cardiovasculaires, ou impliquant des anomalies vasculaires associées à la fibrose. Ainsi, le transforming growth factor - β1 (TGF-β1) dans la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI), la thrombospondine-1 (TSP-1) dans l'artériopathie des membres inférieurs (AMI), et le placental growth factor (PlGF) chez les patients atteints de pathologies cardiovasculaires [syndrome coronarien aigu (SCA), ou patients devant subir une chirurgie de la valve ou un pontage coronarien], se sont distingués comme potentiel biomarqueur plasmatique dans ces pathologies, et ont été étudiés dans la biologie des ECFC humaines.Résultats : Le taux plasmatique de TGF-β1 est augmenté chez les patients atteints de FPI par rapport à la population contrôle ; il a un effet pro-angiogène in vivo (vascularisation des implants de Matrigel®) et in vitro (prolifération et migration des ECFC) via les récepteurs ALK-1, ALK-5 et TGF-βRII. Le taux plasmatique de TSP-1 est augmenté chez les patients artéritiques par rapport à la population contrôle. Par ailleurs les néovaisseaux formés de patients artéritiques ayant été traités par injection locale de BM-MNC expriment la TSP-1. Dans les modèles murins de Matrigel®-plugs et d'ischémie du membre inférieur (IMI), la TSP-1 induit une diminution de la vascularisation des implants ainsi qu'une diminution de la revascularisation du membre ischémié. In vitro, la TSP-1 augmente l'adhésion via un mécanisme N-Terminal dépendant, et diminue le potentiel angiogène (prolifération et migration) des ECFC via sa liaison au récepteur CD47, ce qui active la voie de signalisation SDF-1/CXCR4. Le taux plasmatique de PlGF est augmenté chez les patients atteints de SCA par rapport à 2 populations contrôles ; il est également augmenté chez les patients ayant subit une chirurgie cardiaque. Les PlGF-1 et -2 potentialisent la tubulogenèse des ECFC in vitro via la phosphorylation du récepteur VEGFR1. Cet effet est aboli lorsque le VEGFR1 est inhibé par ARN interférence ou par le composé chimique " 4321 ". De plus ce composé " 4321 " inhibe la vascularisation des implants de Matrigel®, ainsi que la revascularisation du membre ischémié dans le modèle d'IMI.Conclusions : Le TGF-β1 joue un rôle dans le remodelage vasculaire de la FPI via les ECFC ; la TSP-1 est un potentiel biomarqueur de l'angiogenèse induite par les ECFC dans l'AMI ; l'inhibition de la voie PlGF/VEGFR1 module la tubulogenèse induite par les ECFC, cellules impliquées dans la formation de nouveaux vaisseaux. Nous avons ainsi mis en évidence 3 protéines modulant l'angiogenèse dans 3 contextes pathologiques différents, caractérisés par un remodelage vasculaire et où les ECFC sont impliquées dans leurs mécanismes physiopathologiques. Ces 3 protéines se présentent donc comme de potentiels biomarqueurs plasmatiques, modulant les propriétés angiogènes des ECFC et pouvant influencer leur efficacité en tant que produit de thérapie cellulaire. Ces protéines jouent un rôle probable dans l'équilibre homéostatique au décours des pathologies concernées.

[...]Mon projet de Doctorat a donc visé à : 1. déterminer le rôle de la voie de signalisation PKR1 in vivo ; 2. la perte de la voie de signalisation PKR1 provenant de l'épicarde induit des dysfonctions cardiaques et rénales ; 3. mettre en évidence le rôle de PKR1 dans l'activation et la différentiation des cellules progénitrices.[...]

Dans des modèles expérimentaux, une tolérance d'allogreffe a pu être induite en transférant des lymphocytes T CD4+ régulateurs (Treg) spécifiques d'antigènes (Ag) du donneur expandus ex vivo. Les données ont démontré l'importance des Treg d'allospécificité indirecte (Treg indirects) dans l'induction d'une tolérance à long terme. L'expansion de Treg indirects ex vivo est problématique, principalement à cause de la difficulté d'obtenir en grand nombre des cellules présentatrices d'antigène autologues (CPA)pour stimuler les Treg. Les lymphocytes B (LB) sont des APC accessibles, présentes en grand nombre et ont un fort potentiel régulateur. Cependant, l'utilisation de LB autologues comme APC est rendue problématique par leur incapacité à présenter les Ag dont ils ne sont pas spécifiques.Dans ce travail de thèse, nous avons développé une approche nanobiotechnologique permettant de transformer des LB polyclonaux autologues en puissants stimulateurs de Treg spécifiques de l'Ag.Des Ag particulaires synthétiques (SPAg) ont été générés en fixant sur des nanosphères fluorescentes de 400 nm de diamètre : (i) des anticorps monoclonaux dirigés contre un domaine constant de la chaine légère kappa du récepteur des LB, et (ii) des Ag modèles.Les SPAg se comportent comme des Ag particulaires naturels lorsqu'ils sont incubés in vitro avec des LB murins ou humains. Les SPAg se lient à la surface des LB kappa+, déclenchent un signal d'activation et sont internalisés dans leur endosomes. Les LB chargés en SPAg induisent l'activation et la prolifération des lymphocytes T CD4+ spécifiques de l'Ag in vitro.Des propriétés régulatrices peuvent être conférées aux LB chargés en SPAg en les stimulant avec du CpG. Les LB régulateurs générés n'induisent pas de prolifération des T CD4+ effecteurs mais, au contraire, entrainent une prolifération importante des Treg.Cette approche apparait comme une alternative innovante pour expandre des Treg spécifiques de l'Ag ex vivo / Allograft tolerance has been obtained in experimental models with adoptive transfer of ex vivo-expanded regulatory T cells (Treg) specific for donor antigens. Preclinical data have shown that Treg specific for indirectly presented alloantigens (indirect Treg) are mandatory for long-term tolerance. However, the ex vivo expansion of indirect Treg faces limitations,related essentially to the source of autologous antigen-presenting cells (APCs) used to stimulate T cells in vitro. B cells are (i) potent regulatory cells and (ii) APCs able to establish a privileged crosstalk with CD4+ T cells. However, the use of B cells as APCs is made problematic due to their inability to internalize and present non-cognate antigens. We have developed a novel nanobiotechnology-based approach to turn autologous polyclonal B cells into potent stimulators of antigen-specific T reg.Synthetic particulate antigens (SPAg) were generated by immobilizing (i) monoclonal antibodies directed against a framework region of B cell receptor (BCR) kappa-light chains and (ii) model antigens on fluorescent nanospheres of 400 nm in diameter.SPAg behaved like genuine particulate antigens when incubated in vitro with polyclonal murine B cells. SPAg bound to surface BCR of any kappa-positive B cells, triggered activation signal and were internalized in late endosomal compartment of B cells. SPAgloaded B cells induced activation and proliferation of antigen-specific T cells. This approach was transposable to humans’ cells. Importantly, regulatory properties could be conferred toSPAg-loaded B cells by CpG stimulation. SPAg-loaded regulatory B cells prevented proliferation of effector CD4+ T cells and induced proliferation of antigen-specific Treg in vitro.Autologous polyclonal B cells loaded with SPAg appear as an innovative platform to expand Treg ex vivo. This approach may improve the efficiency and costs of current procedures

Rationnel : L’implication établie des progéniteurs endothéliaux circulants dans les phénomènes de néovascularisation chez l’adulte a stimulé la recherche de thérapeutiques angiogènes basées sur la greffe de ces cellules. Deux types cellulaires au phénotype endothélial sont actuellement définis entre autres par leur cinétique d’apparition en culture : les progéniteurs précoces (CFU-EC ou CAC) et tardifs (ECFC). Notre équipe a montré que l’injection thérapeutique de cellules mononucléées de moelle osseuse (BM-MNC) permettait la néovascularisation du site ischémié chez des patients atteints d’artériopathie des membres inférieurs, et que les néovaisseaux formés avaient le phénotype d’ECFC. Nous avons dans un premier temps mesuré les concentrations de différentes protéines modulant l’angiogenèse, chez des patients atteints de pathologies ischémiques et cardiovasculaires, ou impliquant des anomalies vasculaires associées à la fibrose. Ainsi, le transforming growth factor - β1 (TGF-β1) dans la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI), la thrombospondine-1 (TSP-1) dans l’artériopathie des membres inférieurs (AMI), et le placental growth factor (PlGF) chez les patients atteints de pathologies cardiovasculaires [syndrome coronarien aigu (SCA), ou patients devant subir une chirurgie de la valve ou un pontage coronarien], se sont distingués comme potentiel biomarqueur plasmatique dans ces pathologies, et ont été étudiés dans la biologie des ECFC humaines.Résultats : Le taux plasmatique de TGF-β1 est augmenté chez les patients atteints de FPI par rapport à la population contrôle ; il a un effet pro-angiogène in vivo (vascularisation des implants de Matrigel®) et in vitro (prolifération et migration des ECFC) via les récepteurs ALK-1, ALK-5 et TGF-βRII. Le taux plasmatique de TSP-1 est augmenté chez les patients artéritiques par rapport à la population contrôle. Par ailleurs les néovaisseaux formés de patients artéritiques ayant été traités par injection locale de BM-MNC expriment la TSP-1. Dans les modèles murins de Matrigel®-plugs et d’ischémie du membre inférieur (IMI), la TSP-1 induit une diminution de la vascularisation des implants ainsi qu’une diminution de la revascularisation du membre ischémié. In vitro, la TSP-1 augmente l’adhésion via un mécanisme N-Terminal dépendant, et diminue le potentiel angiogène (prolifération et migration) des ECFC via sa liaison au récepteur CD47, ce qui active la voie de signalisation SDF-1/CXCR4. Le taux plasmatique de PlGF est augmenté chez les patients atteints de SCA par rapport à 2 populations contrôles ; il est également augmenté chez les patients ayant subit une chirurgie cardiaque. Les PlGF-1 et -2 potentialisent la tubulogenèse des ECFC in vitro via la phosphorylation du récepteur VEGFR1. Cet effet est aboli lorsque le VEGFR1 est inhibé par ARN interférence ou par le composé chimique « 4321 ». De plus ce composé « 4321 » inhibe la vascularisation des implants de Matrigel®, ainsi que la revascularisation du membre ischémié dans le modèle d’IMI.Conclusions : Le TGF-β1 joue un rôle dans le remodelage vasculaire de la FPI via les ECFC ; la TSP-1 est un potentiel biomarqueur de l’angiogenèse induite par les ECFC dans l’AMI ; l’inhibition de la voie PlGF/VEGFR1 module la tubulogenèse induite par les ECFC, cellules impliquées dans la formation de nouveaux vaisseaux. Nous avons ainsi mis en évidence 3 protéines modulant l’angiogenèse dans 3 contextes pathologiques différents, caractérisés par un remodelage vasculaire et où les ECFC sont impliquées dans leurs mécanismes physiopathologiques. Ces 3 protéines se présentent donc comme de potentiels biomarqueurs plasmatiques, modulant les propriétés angiogènes des ECFC et pouvant influencer leur efficacité en tant que produit de thérapie cellulaire. Ces protéines jouent un rôle probable dans l’équilibre homéostatique au décours des pathologies concernées. / Rationale: The pro-angiogenic capacities of endothelial progenitor cells are now well established, and their involvement in neovascularization events in adults has stimulated the research in the field of angiogenic therapy based on transplant of these cells. Current data converge towards the notion of two cell types with endothelial phenotype, defined at least by their kinetics of appearance in culture: early endothelial progenitor cells (CFU-EC or CAC) and late (ECFC). Our team has shown that the therapeutic injection of bone marrow mononuclear cells (BM-MNC) led to neovascularization of the ischemic site in patients with critical limb ischemia, and that the new vessels formed bore the phenotype of ECFC. We initially measured the concentrations of different proteins modulating angiogenesis in patients with ischemic and cardiovascular diseases, or involving vascular abnormalities associated with fibrosis. Thus, the transforming growth factor - ß1 (TGF-ß1) in idiopathic pulmonary fibrosis, the thrombospondin-1 (TSP-1) in peripheral artery disease, and the placental growth factor (PlGF) in patients with cardiovascular diseases [acute coronary syndrome (ACS), patients undergoing valve surgery or coronary artery bypass surgery], emerged as potential plasmatic biomarkers in these pathological settings, and have been studied in the biology of human ECFC.Results: TGF-ß1 plasma level is increased in patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) compared to the control population; it exerts a pro-angiogenic effect in vivo (vascularization of Matrigel ®-plugs) and in vitro (proliferation and migration of ECFC) via ALK-1, ALK-5 and TGF-ßRII receptors. TSP-1 plasma level is increased in patients with peripheral artery disease (PAD) compared to the control population. In addition, the new vessels formed in PAD patients treated by local injection of BM-MNC express TSP-1. In murine models of Matrigel ®-plugs and hindlimb ischemia, TSP-1 induces a decrease in plugs vascularization and impaired revascularization of ischemic limb. In vitro, TSP-1 increases ECFC adhesion via an N-terminal dependent mechanism and reduces their angiogenic potential (proliferation and migration) via its binding to CD47 receptor, which activates the SDF-1/CXCR4 signaling pathway. PlGF plasma level is increased in ACS patients compared with the control population and stable angina patients and is also increased in patients undergoing cardiac surgery. PlGF-1 and -2 potentiate ECFC tubulogenesis in vitro via phosphorylation of the VEGFR1 receptor. This effect was abolished when the ECFC VEGFR1 is inhibited by RNA interference or by the chemical compound "4321". In addition this compound "4321" inhibits the vascularization of Matrigel ®-plugs, and revascularization of the ischemic limb in the hindlimb ischemia model.Conclusions: TGF-ß1 is involved in the IPF vascular remodeling through ECFC; TSP-1 is a potential biomarker of angiogenesis induced by ECFC in PAD; the inhibition of the PlGF/VEGFR1 pathway modulates ECFC tubulogenesis, cells involved in the formation of new vessels. We thus identified three proteins that modulate angiogenesis in three different pathological settings characterized by a vascular remodeling and where ECFC are involved in their pathophysiology. These three proteins therefore state as potential plasmatic biomarkers, modulating ECFC angiogenic properties and are able to influence their efficacy as a cell therapy product. These plasmatic biomarkers likely play a role in the homeostasis of those pathologies progress.

L'insuffisance cardiaque (IC) est un processus progressif et inexorable menant au remodelage pathologique du cœur et à la destruction du parenchyme cardiaque. Indépendamment de l'étiologie, on observe une diminution d'environ 30% du nombre de cardiomyocytes ventriculaires au stade terminal de la maladie. Reposant sur les données précliniques convergentes dans les modèles d'IC, le concept novateur de thérapie cellulaire a suscité beaucoup d’espoir en cardiologie. Bien que leur rôle dans l'homéostasie cardiaque soit controversé, les progéniteurs cardiaques endogènes (eCPCs) qui perdurent au sein du myocarde adulte possèderaient les caractéristiques optimales en vue de la régénération myocardique. Nos données électrophysiologiques montrent que le courant potassique dépendant du Ca2+ de conductance intermédiaire (IKCa3.1) est dominant et qu'il contribue à la détermination du potentiel membranaire (Vmem). L'hyperpolarisation engendrée par l'activation du canal KCa3.1 (SK4; KCNN4) maintient le gradient électrique et favorise l'entrée capacitive de Ca2+ (ECC). D'un point de vue fonctionnel, la potentialisation de la signalisation calcique intracellulaire induite par KCa3.1 semble cruciale pour la prolifération des eCPCs c-Kit+. Puisque le statut clinique est connu pour avoir des conséquences néfastes sur la fonctionnalité des cellules souches, nous avons comparé la densité du courant IKCa3.1 dans des eCPCs c-Kit+ provenant de cœurs sains et insuffisants. En accord avec les données électrophysiologiques, nos résultats démontrent que l'insuffisance cardiaque congestive (CHF) diminue significativement l'expression de KCa3.1 ainsi que des protéines régulatrices du cycle cellulaire. Les cellules souches dérivées d'explants cardiaques (EDCs) représentent un autre produit cellulaire prometteur pour la thérapie cellulaire en cardiologie. Les EDCs se composent de sous-populations complémentaires dont la proportion varie en fonction du statut clinique. Alors que la population CD90- constitue la fraction active en termes d'efficacité thérapeutique, il a été démontré qu'une proportion élevée de cellules CD90+ réduit le potentiel régénératif des EDCs. Afin de faire la lumière sur les déterminants ioniques de la thérapie cellulaire cardiaque, les propriétés électrophysiologiques des populations CD90+ et CD90- ont été comparées. Considérant l'importance de KCa3.1 pour la fonction des eCPCs c-Kit+, la présence de canaux potassiques Ca2+-dépendants (KCa) dans les EDCs a été investiguée. Nous avons identifié 2 types de canaux KCa dans les EDCs humaines. Le canal KCa1.1 (BKCa; KCNMA1) est exprimé de façon homogène alors que KCa3.1 est présent exclusivement dans les cellules CD90-. D'un point de vue fonctionnel, l'activité du canal KCa3.1 détermine le Vmem et supporte la prolifération des EDCs. Puisque ce canal est présent uniquement dans la population cardiogénique, l'expression de KCa3.1 pourrait être un facteur déterminant de la capacité régénérative des EDCs. Nous avons investigué cette hypothèse et confirmé que la transplantation de cellules génétiquement modifiées pour exprimer le canal KCa3.1 augmente la régénération cardiaque dans un modèle murin d'IC d'origine ischémique. Pour la première fois, nous avons fait la démonstration que la modulation des propriétés ioniques de cellules souches peut améliorer leur efficacité thérapeutique. / Heart failure (HF) is a progressive disease characterized by extensive pathological remodelling of the heart and myocardial damage. Regardless of the etiology, a decrease of about 30% in the number of ventricular cardiomyocytes is observed at the terminal stage of HF. Based on converging preclinical data in HF models, the innovative concept of cell therapy has generated a great deal of enthusiasm in cardiology. Although the role of cardiac stem cells in cardiac homeostasis is highly controversial, the multipotent progenitors that persist within the adult myocardium possess the ideal characteristics for cardiac regeneration, especially because of their cardiogenic committment. Plasma membrane ion channels are involved in the fundamental processes of virtually all cells that make up the human body, including stem cells. A wide range of functional ion channels was identified in ex vivo proliferated endogenous cardiac progenitor cells (eCPCs), but their function remains poorly understood. We have completed the very first characterization of the ionic profile of freshly-isolated c-Kit+ eCPCs. We found that the intermediate conductance Ca2+-activated potassium current (IKCa3.1) is the predominant conductance and contributes to the determination of membrane potential (Vmem). The hyperpolarization generated by the activation of the KCa3.1 channel (SK4; KCNN4) maintains the electrical gradient and promotes store-operated Ca2+-entry (SOCE) that activates progenitor cell proliferation. Experimental congestive heart failure (CHF) significantly decreased the expression of KCa3.1 as well as cell cycle regulatory proteins. Taken together, these findings suggest that alterations in KCa3.1 may have pathophysiological and therapeutic significance in regenerative medicine In addition to c-Kit+ eCPCs, cardiac explants-derived cells (EDCs) represent another promising cell product for myocardial repair. EDCs are obtained as a heterogeneous mixture composed of complementary subpopulations. Interestingly, it was found that a high proportion of CD90+ cells reduce the functional benefits of EDCs therapy. Consistent with this observation, it has recently been shown that the CD90- population constitutes the active fraction in terms of therapeutic efficacy. In order to gain insight into the ionic determinants of EDCs function, the electrophysiological properties of the CD90+ and CD90- populations were studied. Considering the importance of KCa3.1 in c-Kit+ CPCs, we evaluated the presence of KCa channels in human EDCs. We have identified 2 types of KCa channels in ex vivo expanded EDCs. While KCa1.1 (BKCa; KCNMA1) channel was homogeneously expressed in both subpopulations, KCa3.1 was found exclusively in the CD90- cell fraction. Similar to our previous observations in freshly isolated c-Kit+ eCPCs, KCa3.1 was responsible for the determination of Vmem under resting conditions and during SOCE. Importantly, we demonstrated that transplantation of genetically-modified EDCs to over-express KCNN4 potentiates cardiac regeneration in a murine model of ischemic cardiomyopathy. This study provides the first evidence in the literature that modulating the activity of a single plasma membrane ion channel can truly improves the therapeutic efficacy of progenitor cells.

Immunotherapy, especially the adoptive transfer of T cells and immune checkpoint blockade therapy, have revolutionized cancer therapy. In particular, utilizing antigen-specific T cells for adoptive cell therapy has enabled the development of specific and effective strategies. It has paved the way for developing more accurate and personalized cancer immunotherapies. Adoptive cell therapy (ACT) results depend on the characteristics of ex vivo expanded T cells, such as their differentiation and clonal diversity. However, ex vivo expanded specific T cells often express several inhibitory receptors involved in T-cell exhaustion and markers of terminal effector differentiation. Accordingly, we hypothesized that blocking one or several inhibitory receptors during the ex vivo expansion could improve the expansion and differentiation of antigen-specific T cells. Preconditioning the ACT products and combinatorial immunotherapy approaches are newly developed concepts in cancer therapy to optimize cancer immunotherapy for a larger group of patients. To study the development of antigen-specific T-cells in combination with checkpoint blockade, we have adopted a method that allows the expansion of rare antigen-specific T cell precursors from PBMCs via multiple stimulations, using antigen-pulsed dendritic cells. In the current study, we utilized our protocol to generate and expand antigen-specific CD8+ T cells targeting the oncogenic Epstein-Barr virus (EBV)-LMP2 and a tumor-associated antigen (TAA) from the Wilms Tumor 1 (WT1) protein. We employed two approaches to abolish the negative regulatory receptors, antibody-mediated blockade and deletion via CRISPR/Cas9. We evaluated the impact of checkpoint blockade on antigen-specific T cells development, proliferation, and function. Additionally, TCR clonality and transcriptomic changes were assessed by genomic studies, including single-cell RNA (scRNA) sequencing and T-cell receptor sequencing. Supporting our hypothesis, we observed that blocking both PD-L1 and TIM3 (not any of them alone) significantly enhanced LMP2 and WT1-specific T cell generation and expansion. Additionally, checkpoint blockade resulted in higher specific T cell function, including cytokine production and in vitro targeted cytotoxicity. Using scRNA-seq and TCR sequencing approaches, we first remarked that the specific T cells are highly oligoclonal and identified a few dominant shared clones between donors. Immune checkpoint blockade did not confer consistent transcriptional signatures but may have a clonotype and donor-specific impact on the expression of activation and exhaustion-related genes. Overall, immune checkpoint blockade did not markedly alter the clonal composition of the T-cell product. We also evaluated the impact of CD5 deletion in antigen-specific T cell priming and expansion as an inhibitory receptor and a part of the immune response synapse. However, in a human ACT setting, our data show that the CRISPR/Cas9 mediated CD5 deletion only has modest effects on antigen-specific T-cell generation. However, future combinations with the blockade of other immune checkpoint may be warranted. Conclusion We demonstrated that blocking PD-L1 and TIM3 during the ex vivo expansion improves antigen-specific T-cell yield. We show that blocking multiple checkpoints can synergistically optimize specific T-cell production without compromising the response's specificity. It is a rapidly implementable strategy to enhance the number and quality of ex vivo expanded antigen-specific T cells for immunotherapy. / Le transfert adoptif de cellules T et le traitement par le blocage des points de contrôle immunologiques ont révolutionné le traitement du cancer. En particulier, l'utilisation de cellules T antigène-spécifiques en thérapie cellulaire adoptive a facilité le développement d'immunothérapies anticancéreuses plus précises et personnalisées. Les résultats de la thérapie cellulaire adoptive (TCA) sont liés à la qualité des cellules T spécifiques expansées ex vivo, telles que leur état de différenciation et leur diversité clonale. Cependant, le pré-conditionnement des produits de thérapie cellulaire adoptive et les traitements d'immunothérapie combinatoire sont de nouveaux concepts en développement de la thérapie du cancer pour optimiser l'immunothérapie du cancer dans un plus grand groupe de patients. Nous avons formulé l’hypothèse que le blocage d'un ou plusieurs récepteurs inhibiteurs au cours de l'expansion ex vivo favorise une meilleure expansion et une meilleure fonction des cellules T destinées à la TCA. Pour étudier l’expansion et la différenciation de cellules T antigène-spécifiques lors d’un blocage des points de contrôle, nous avons adopté une méthode qui nous permet de stimuler et expanser de rares cellules T antigène-spécifiques à partir de cellules mononuclées du sang périphérique (PBMCs) via de multiples stimulations utilisant des cellules dendritiques chargées avec l’antigène d’intérêt. Nous avons utilisé deux approches pour supprimer l’activité des récepteurs régulateurs négatifs, les anticorps bloquants des points de contrôle et la délétion génique via CRISPR/Cas9. Nous démontrons que le blocage combiné de PD-L1 et TIM3 améliore considérablement la l'expansion de cellules T CD8+ spécifiques à des antigènes viraux et tumoraux. De plus, le blocage des points de contrôle a entraîné la génération de cellules T spécifiques fonctionelles tel que démontré par la production de cytokines et la cytotoxicité in vitro. En utilisant de séquençage de l'ARN en cellule unique (scRNA-seq) et de séquençage des récepteurs des lymphocytes T (TCP-seq), nous avons remarqué que les cellules T spécifiques sont très fortment oligoclonales. Nous avons également identifié quelques clones dominants partagés entre les donneurs. L’application de l’inhibition des points de controles ne confère pas de signatures transcriptionelles particulières mais pourrait affecter certains clones provenant de certains donneurs davantage que d’autres. De plus, le peu de changements dans la composition clonale des cellules expandues suggèrent que le blocage de ces points de contrôle immunologiques n’altère pas de façon significative le produit cellulaire obtenu. Des données récentes soutiennent également un rôle du CD5 dans la régulation de l'activation des cellules T naïves et leur état fonctionnel. Cependant, dans un contexte compatible avec la TCA, nos données montrent que la suppression de CD5 via CRISPR/Cas9 n'a que des effets modestes sur la génération de cellules T antigène-spécifiques. Par contre, la combinaison éventuelle avec l’inhibition de d’autres points de contrôle immunologiques pourrait être envisagée. En conclusion, nos travaux fournissent une nouvelle méthode pour générer des cellules T spécifiques pour la TCA et la caractérisation à plus haute résolution de cellules T spécifiques expansées ex vivo. Nous avons donc démontré que le blocage combiné de plusieurs points de contrôle peut optimiser de manière synergique la production de cellules T spécifiques sans compromettre la spécificité de la réponse. Il s'agit là d'une stratégie rapidement applicable pour améliorer le nombre et la qualité des cellules T antigène-spécifiques expansées ex vivo pour l'immunothérapie.

La transplantation demeure le traitement de choix de l’insuffisance cardiaque (IC) et ce malgré les récents progrès des techniques de support d’assistance mécanique. Une amélioration considérable de la prévention et du traitement du rejet aigu a été réalisée ces 20 dernières années. Cependant, le succès à long terme des transplantations d’organes a été peu modifié : il est toujours compromis par la survenue d'une dysfonction chronique du greffon. Ainsi, l'avenir des transplantés cardiaques demeure sombre et représente un fardeau médical avec un impact socioéconomique important. Toutefois, la recherche a récemment mis en avant l'énorme potentiel de régénération des cellules souches (CS) et représenterait une nouvelle avenue thérapeutique pour les patients souffrant d’IC. Une meilleure compréhension des processus biologiques des CS et de leur interaction avec le cœur transplanté, permettrait d’exploiter pleinement leur potentiel de réparation cardiaque. Le but de cette thèse est d’explorer les différents aspects du traitement de l’IC en 2020. Les hypothèses proposées dans cette thèse sont les suivantes : (1) les excellents résultats obtenus (>20 ans de survie) chez près d’1/3 des patients greffés lors de la 1ère décade de notre expérience à ICM serait difficile à obtenir de nos jours à la vue de l’évolution d’une population plus malade et plus âgée; (2) le cœur artificiel total (CAT) temporaire Syncardia permet d’amener des patients en insuffisance cardiaque terminale à la greffe de façon satisfaisante; (3) la thérapie cellulaire, plus spécifiquement les CS d’origine adipeuse (ASC) sous forme sphéroïdes, permet de diminuer l’impact de la vasculopathie du greffon cardiaque; et (4) l’effet paracrine des ASC permet une diminution de l’inflammation dans un modèle expérimental de péritonite chez le rat. / Transplantation remains the preferred treatment for heart failure (HF) despite recent advances in mechanical support devices. A considerable improvement in the prevention and treatment of acute rejection has been achieved over the past 20 years. However, the long-term survival of organ transplants has not been changed: it is still compromised by the occurrence of chronic graft dysfunction. Thus, the future of cardiac transplant patients remains bleak and represents a medical burden with a significant socio-economic impact. However, research has recently highlighted the potential for regeneration of stem cells (SC) and would represent a new therapeutic avenue for patients with HF. A better understanding of the biological processes of SC and their interaction with the transplanted heart would allow them to fully exploit their cardiac repair potential. The aim of this thesis is to explore the various aspects of the treatment of HF in 2020. The hypotheses proposed in this thesis are as follows: (1) the excellent results obtained (> 20 years of survival) in almost 1/3 of the patients transplanted during the 1st decade of our experience at ICM would be difficult to obtain from our days at the sight of the evolution of a sicker and older population; (2) the temporary Syncardia total artificial heart (CAT) allows patients with end-stage heart failure to be transplanted satisfactorily; (3) cell therapy, more specifically CS of adipose origin (ASC) cultured as spheroid, reduce the impact of cardiac allograft vasculopathy (CAV); and (4) the paracrine effect of ASCs reduces inflammation in a rat experimental model of peritonitis.

La leucémie aigüe myéloïde est un cancer hautement létal notamment parce que le taux de rechutes est élevé, ce qui traduit l’importance du développement de nouvelles thérapies. Ces dernières peuvent tirer avantage du fait que les cellules leucémiques peuvent exprimer des antigènes qui ne sont pas exprimés par les tissus sains, soit les antigènes spécifiques aux tumeurs (TSA). À cet effet, nos collaborateurs ont découvert une source importante « d'aberrantly expressed TSA » (aeTSA) dans les régions non codantes de l’ADN. Ces aeTSA sont présentés par les molécules de CMH I et plusieurs ont provoqué la réactivité des lymphocytes T (LTs) in vitro. En plus d'être spécifiques aux cellules cancéreuses, ces aeTSA sont partagés entre plusieurs patients ce qui fait d'eux des cibles intéressantes dans le cadre d’immunothérapies. Sachant que c’est le récepteur de cellules T (TCR) qui confère la spécificité aux LTs, le but est d'isoler et de caractériser des TCR anti-aeTSA en vue de leur utilisation comme outils thérapeutiques. Pour ce faire, l’expansion de LTs CD8+ naïfs provenant de donneurs sains a été réalisée grâce à une co-culture avec des cellules dendritiques autologues chargées avec l'aeTSA d’intérêt. Les LTs CD8+ spécifiques du aeTSA ont été triés à l’aide d'un marquage dextramères et l’ARN a été isolé afin de réaliser le séquençage du TCR. Ce dernier a révélé que le répertoire de TCR anti-aeTSA est nettement oligoclonal, facilitant l'identification des séquences des chaînes α et β des clonotypes les plus abondants. En revanche, les répertoires de TCR anti-LMP2 426-434 (antigène viral) et anti-WT1 37-45 (antigène associé aux tumeurs) étaient plus diversifiés. De plus, des tests d'avidité fonctionnelle réalisés à l'aide d'ELISpot en concentrations décroissantes de peptides ont révélé que l'avidité fonctionnelle des LTs qui reconnaissent les aeTSA est similaire à celle du peptide LMP2 426-434, ce qui suggère que les aeTSA stimulent des réponses T de hautes avidités. Ensuite, la délétion du TCR endogène a été réalisée à l'aide de la technique CRISPR-Cas9, montrant plus de 90% d'efficacité. À des fins d'optimisation de protocoles, le TCR 1G4 spécifique de NY-ESO-1 a été introduit dans le locus TRAC et, simultanément, le knock-out de la chaîne α du TCR endogène a été réalisé afin de limiter les mésappariements et la compétition entre ces deux TCR. Les prochaines étapes seront d’introduire le gène codant pour le TCR spécifique d'aeTSA dans des LTs et de vérifier que les cellules éditées sont réactives envers ces aeTSA. Finalement, ce projet pourrait ouvrir la voie au ciblage d'aeTSA à l’aide de l’ingénierie du TCR pour rediriger un grand nombre de LTs envers les cellules leucémiques. / Acute myeloid leukemia is a highly lethal cancer for which effective immunotherapies are actively sought. These immunotherapies can take advantage of the fact that leukemia cells can express antigens that are not expressed by healthy tissues, namely tumor-specific antigens (TSA). In this regard, our collaborator's team has discovered an important source of aberrantly expressed TSA (aeTSA) in the non-coding regions of DNA. These aeTSAs are presented by MHC 1 molecules and can elicit T cells reactivity in vitro. In addition to being specific to cancer cells, these aeTSAs are shared between several patients, which makes them interesting targets in the context of immunotherapies. Knowing that the T cell receptor (TCR) is responsible for T cells specificity, the goal is to isolate and characterize anti-aeTSA TCRs for their use as therapeutic tools. To this end, we expanded aeTSA-specific T cells from naive CD8+ T cells obtained from healthy donors through co-culture with autologous dendritic cells loaded with the relevant aeTSA. The aeTSA-specific CD8+ T cells identified by dextramer staining were sorted for RNA extraction TCR sequencing. Amplicon sequencing reveals that the expanded anti-aeTSA TCR repertoire is markedly oligoclonal, facilitating the identification of dominant TCR α and β chains. In contrast, the anti-LMP2 426-434 (viral antigen) and anti-WT1 37-45 (tumor-associated antigen) TCR repertoires were more diverse. In addition, functional avidity tests, performed using ELISpot in decreasing concentrations of peptides, revealed that the functional avidity of T cells recognizing aeTSA is similar to LMP2 426-434 peptide, suggesting that aeTSAs stimulate high-avidity responses. Then, endogenous TCR knock-out was performed using the CRISPR-Cas9 technique, showing more than 90% efficiency. For protocol optimization purposes, the 1G4 TCR specific for NY-ESO-1 was introduced into the TRAC locus and, simultaneously, the knock-out of the α chain of the endogenous TCR was achieved in order to limit mismatches and competition between these two TCRs. The next steps will be to introduce the gene coding for the aeTSA-specific TCR into T cells and to validate that the edited cells are reactive toward these aeTSAs. Ultimately, this project could pave the way for targeting aeTSAs using TCR engineering to redirect large numbers of T cells toward leukemic cells.

Les lymphocytes T (LT) CD8 sont un sous-type de cellules immunitaires qui participent à l’élimination des certains agents infectieux et de cellules tumorales. La capacité de réponse des LT CD8 est dépendante de leur état de différenciation. Lors d’une réponse immunitaire, les LT CD8 spécifiques à l’agent infectieux sont activés, se différencient et prolifèrent en LT effecteurs (LTE) qui participent à l’élimination de l’agent pathogène. Les LTE peuvent être distingués en effecteurs de courte durée de vie (SLEC), terminalement différenciés et éliminés par apoptose après l’infection, et en précurseurs des cellules mémoires (MPEC) qui survivent et génèrent les LT mémoires (LTM). Par contre, lors d’une infection chronique ou d’une réponse antitumorale, la persistance antigénique et inflammatoire induisent l’épuisement des LT CD8, soit un état de différenciation caractérisé par des fonctions effectrices et prolifératives diminuées ainsi qu’une forte expression de récepteurs inhibiteurs (RI). Afin d’améliorer les thérapies vaccinales, les traitements antitumoraux et les thérapies lors des infections chroniques, il est important de mieux comprendre la différenciation des LT CD8. Nous avons étudié le rôle de NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 chez la souris. NR4A3 est un récepteur nucléaire et un facteur de transcription (FT) dont l’expression est rapidement induite par une stimulation antigénique, mais dont le rôle dans les LT CD8 n’a pas été encore déterminé. Nous avons émis l’hypothèse que l’expression de NR4A3 dans ces cellules suite à une stimulation antigénique contrôle leur différenciation. Premièrement nous avons étudié le rôle du NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 lors d’une infection aiguë et avons déterminé que la délétion de NR4A3 dans les LT CD8 augmente la différenciation MPEC, la génération des LTM et la production de cytokines. La régulation de la différenciation des LT CD8 par NR4A3 est transcriptionnelle et, lors des premiers jours postinfection, sa délétion induit un programme transcriptionnel associé avec la différenciation des LTM. De plus, dès les premières heures postactivation, la délétion de NR4A3 favorise l’induction d’un état de chromatine plus ouvert avec une prédiction d’activité augmentée des FT bZIP. Deuxièmement, nous avons étudié le rôle de NR4A3 lors d’une réponse immunitaire antitumorale au cours d’une thérapie cellulaire adoptive (ACT) sous traitement d’anti-PD-L1 (ligand d’un RI) où la meilleure fonctionnalité et persistance des LT CD8 NR4A3 déficients ont été mises à l’épreuve. Ainsi, l’ACT avec des LT CD8 NR4A3 déficients augmente la survie de souris porteuses de tumeurs et les lymphocytes T infiltrants les tumeurs (TIL) NR4A3 déficients sont moins terminalement épuisés et présentent des plus fortes proportions et nombres cellulaires intra-tumoraux. Le profil transcriptomique au niveau de cellules uniques a révélé que les TIL NR4A3 déficients favorisent la génération de progéniteurs distincts et des populations fonctionnelles associées avec le traitement anti-PD-L1. En conclusion, NR4A3 est un régulateur de la fonction et la différenciation des LT CD8 dont l’activité pourrait être modulée afin d’améliorer les stratégies de vaccination ou les thérapies cellulaires. / CD8 T cells are an immune cell population involved in the clearance of different types of infections and the elimination of tumor cells. The response capacity of CD8 T cells depends on their differentiation state. During an immune response, antigen-specific CD8 T cells are activated, differentiate and proliferate into effectors that participate in elimination of the pathogen. Among the pool effectors, there are short-lived effector cells (SLEC) that are terminally differentiated and die by apoptosis after the infection clearance, and the memory precursors effector cells (MPEC) that survive to give rise to memory CD8 T cells. However, during chronic infection or an anti-tumor immune response, antigen persistence and inflammation induce CD8 T cell exhaustion, which is a differentiation state characterized by decreased effector functions and proliferative capacity and an increased expression of inhibitory receptors (IR). Thus, to be able to increase the efficiency of CD8 T cells following vaccination, in the context of antitumoral or during treatment against chronic viral infections, it is important to better understand CD8 T cell differentiation. We studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation in mice. NR4A3 in a nuclear receptor and transcription factor (TF), which expression is rapidly induced following antigenic stimulation, but the role of its induction in CD8 T cells was not yet identified. We propose that NR4A3 expression in CD8 T cells following antigenic stimulation controls their differentiation. First, we studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation during acute infection and determined that its deletion increases MPEC differentiation, memory generation, and cytokines production. NR4A3 regulates CD8 T cell differentiation at the transcriptional level, and its deletion induces a memory-related transcriptional program early during the immune response (day three post-infection). Moreover, a few hours following the CD8 T cell activation, NR4A3 deletion increased chromatin accessibility, particularly to bZIP TF. Secondly, we studied the role of NR4A3 during the antitumoral response in the context of adoptive cell therapy (ACT) and cotreatment with anti-PD-L1 (ligand of an IR), during which we tested the increased functionality and persistence of NR4A3 deficient cells. ACT with NR4A3-deficient cells increases the survival of tumor-bearing mice. In addition, NR4A3 deficiency increased the frequency of tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) and decreased T cell exhaustion. Single-cell transcriptional profile of TILs revealed that NR4A3 deficiency induces the generation of a transcriptionally distinct progenitor population and an increase in functional populations associated with the anti-PD-L1 treatment. To conclude, NR4A3 is a new regulator of CD8 T cell differentiation and function whose activity regulation could increase the efficiency of vaccinations and cell therapy treatments.