Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à une population cellulaire rare et peu étudiée de l’épithélium intestinal ; les cellules tuft. La fonction de ces cellules fut longtemps débattue dans la littérature, jusqu’à ce que nous découvrions leur fonction dans l’initiation de la réponse immune de type II en réponse à une infection parasitaire. De manière intéressante, ces cellules sont présentes de manière massive et transitoire au sein des lésions adénomateuses précoces et certains groupes ont suggéré l’implication de ces cellules en tant que cellules souches tumorales. Les principaux objectifs de ma thèse ont été de déterminer le rôle des cellules tuft au cours de la tumorigenèse intestinale et colorectale.Nous avons montré que l’absence de cellules tuft impacte le processus de tumorigenèse à la fois dans l’intestin grêle, dans des souris de la lignée Apc14/+, et au niveau du colon, après traitement avec un agent carcinogène. Nos données indiquent que si les cellules tuft n’agissent pas en tant que cellules souches tumorales, leur absence impacte certaines populations de cellules immunitaires. Afin de déterminer les mécanismes permettant aux cellules tuft de moduler le microenvironnement immunitaire, nous avons identifié par analyse transcriptomique de cellules tuft isolées par cytométrie en flux, des gènes codant pour des médiateurs connus pour être impliqués dans la communication avec le système immunitaire. Des analyses in-vivo, permettront de valider d’un point de vue fonctionnel l’implication de ces médiateurs immunitaires dans la fonction immuno-régulatrice des cellules tuft ainsi que dans le développement tumoral.L’ensemble de ces travaux a permis d’identifier une fonction immuno-régulatrice des cellules tuft au cours d’une infection parasitaire, mais aussi très probablement lors du développement tumoral. La compréhension des mécanismes permettant aux cellules tuft de moduler certaines populations de cellules immunitaires permettra d’identifier des cibles d’intérêt thérapeutique potentiel pour le traitement de patients atteints d’un cancer colorectal. / I focused my PhD project on a scare epithelial cell population referred as tuft cells. Their function has been debated for decades in the literature, until we discovered their crucial role in the initiation of the so-called type-2 immune response following parasitic infection. Interestingly, tuft cells are present in early adenomatous intestinal lesions and literature suggested that these cells could act as cancer stem cells. The main objective of my PhD was to determine the tuft cell function during intestinal and colorectal cancer.We showed that tuft cells deficiency impacts both intestinal and colorectal tumorigenesis process, using Apc14/+ mouse strain and chemically induced carcinogenesis model, respectively. Our data indicate that tuft cells are not cancer stem cells, but that these cells are able to regulate immune cell populations. To get more insights into mechanisms allowing tuft cells to modulate the immune microenvironment, we identified, by transcriptomic analysis of FACS-isolated tuft cells, specific genes encoding mediators involved in the crosstalk with the immune system. Functional in-vivo validation of the most relevant candidates will identify tuft cells derived factors crucial for the immune-regulatory tuft cell function and for tumor development.This work allowed to highlight the immune-regulatory function of tuft cells during parasitic infection and likely during tumor development. A better knowledge of the mechanisms allowing tuft cells to shape either a pro- or an anti-tumoral microenvironment, will potentially paves the way for new therapeutic strategies regarding intestinal and colorectal tumorigenesis.

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est la deuxième cause de mortalité par cancer dans le monde. Plusieurs études attestent du rôle du microenvironnement tumoral (MET) comme acteur fondamental de la carcinogenèse. A l’aide de modèles murins mimant un sous groupe de CHC fréquent, notre équipe avait identifié la molécule LECT2 comme un effecteur moléculaire important du MET dans le contrôle de l’agressivité tumorale.L'objectif de ma thèse a été d’adresser le rôle fonctionnel de LECT2 dans le microenvironnement immunitaire au cours du CHC.A l’aide de modèles murins, nous observons que l’absence de LECT2 entraine une accumulation importante de cellules myéloïdes dans le MET. Nous montrons que ces cellules myéloïdes sont immatures, arborent des capacités immunosuppressives puissantes vis-à-vis des lymphocytes T et ont un programme transcriptionnel permettant une action promotrice de tumeurs. De façon intéressante, l’accumulation de ces acteurs dans le microenvironnement est associée à l’émergence de nodules tumoraux indifférenciés exprimant des marqueurs de transition épithélio-mésenchymateuse/cellules progénitrices/métastases.D’un point de vue mécanistique, nous avons démontré une perte de différenciation plus importante des hépatocytes en absence de LECT2 dans des conditions d’activation de la signalisation β-caténine. Nous montrons également par des expériences de co-culture que les cellules myéloïdes infiltrant les tumeurs en absence de LECT2 ont une forte capacité à induire une perte de différenciation des hépatocytes.Enfin, nous avons analysé l'expression de LECT2 dans une vaste cohorte d’échantillons humains de CHC. Nous montrons que la diminution d’expression de LECT2 corrèle fortement avec 1)- la présence d’invasion vasculaire, 2)- la perte de différenciation des hépatocytes tumoraux et 3)- la présence d’infiltrats inflammatoires.L’ensemble de ces données démontre que LECT2 agit comme un régulateur essentiel dans la cancérogénèse hépatique à travers son action double sur les hépatocytes et sur la fonction des cellules myéloïdes infiltrant les tumeurs. Ainsi, ces travaux identifient LECT2 comme un biomarqueur potentiel ouvrant de nouvelles perspectives de traitement du CHC. / Hepatocellular carcinoma (HCC) is the second cause of cancer-rel ated death worldwide. Several studies highlighted the tumor microenvironment (TEM) as a key player in cancer from initiation to progression steps of tumorigenesis. Using relevant HCC mouse models, our team identified the chemokine-like LECT2 as a critical actor of liver TEM in the control of tumor aggressiveness.The aim of my thesis was to address functionally the role of LECT2 in the immune microenvironment during HCC.Using mouse models, we observed that the absence of LECT2 induces a significant accumulation of myeloid cells in the TEM. We showed that these myeloid cells were immature, harbored strong immunosuppressive capabilities on T cells and expressed a transcriptional program sustaining tumor progression. Interestingly, the accumulation of these actors in the microenvironment is associated with the emergence of poorly differentiated tumor nodules expressing epithelial-to-mesenchymal transition / progenitor / metastasis markers.Mechanistically, we demonstrated that LECT2-deficient hepatocytes in the context of β-catenin activation were able to perform EMT like WT hepatocytes do after TGF-β1 challenge. In co-culture experiments, we demonstrated that tumor-infiltrating myeloid cells in the absence of LECT2 have a strong ability to induce hepatocyte EMT.Finally, we analyzed the expression of LECT2 in a vast cohort of HCC liver samples and found that downregulation of LECT2 expression strongly correlates with 1) - the presence of vascular invasion, 2) – histological grade and 3) - the presence of inflammatory infiltrates.Altogether, our data demonstrate that LECT2 acts as a strong regulator of liver tumor aggressiveness through its dual action on hepatocytes and impact on the function of tumor infiltrating myeloid cells. This work identifies LECT2 as a new biomarker for HCC and pave the way to new therapeutic strategies.

L’implication du microbiote intestinal dans le développement du cancer colorectal (CCR) et dans la réponse aux traitements anti-cancéreux est de plus en plus évidente. Plusieurs études indépendantes ont montré que la muqueuse intestinale de patients atteints de CCR est anormalement colonisée par des souches d’Escherichia coli pouvant présenter des propriétés invasives et ayant acquis des facteurs de virulence. Plus de la moitié de ces souches sont porteuses de l’îlot pks responsable de la synthèse d’une génotoxine : la colibactine, qui peut interférer directement avec l’ADN ou avec le cycle cellulaire des cellules de l’hôte, et générer des mutations. Plusieurs études indépendantes sur différents modèles animaux de CCR ou sur lignées cellulaires ont décrit d’autres mécanismes d’action de ces bactéries qui pourraient jouer un rôle dans la carcinogenèse colique : interactions avec le système immunitaire et l’inflammation et induction de la sénescence cellulaire qui s’accompagne de la libération de facteurs de croissance ayant un effet pro-tumoral sur les cellules épithéliales. Cependant, faute de lien entre ces études physiopathologiques parcellaires, l’étude de l’association des bactéries E. coli avec le CCR doit être poursuivie. Le but de ces travaux de thèse était de préciser l’effet d’une infection chronique par E. coli colibactine-positive, notamment sur le micro-environnement immunitaire colique et son implication sur la carcinogenèse colique, et sur l’efficacité anti-tumorale d’une stratégie d’immunothérapie ciblant le checkpoint immunologique PD-1. Afin d’étudier les interactions microbiote-système immunitaire-hôte, nous avons choisi de travailler sur le modèle APCMin/+, modèle murin de référence du CCR. Dans un premier temps, nous avons développé et validé une nouvelle méthode pour quantifier les cellules immunitaires dans le côlon de ce modèle. Cette méthode, basée sur des marquages immunofluorescents et une analyse numérique d’image dotée d’un apprentissage automatique (dit « machine learning »), nous a permis de distinguer, quantifier et localiser ces cellules dans trois compartiments d’intérêt d’une section colique entière : la muqueuse, les follicules lymphoïdes et les tumeurs. Après validation, cette méthode d’imagerie nous a permis d’obtenir une analyse précise de l’environnement immunitaire colique dans le modèle de souris APCMin/+ chroniquement infectées par une souche E. coli colibactine positive isolée d’une muqueuse de patients CCR. Nous avons montré in vivo que cette bactérie induit un environnement pro-carcinogène dépendant de la présence de la colibactine, avec une augmentation de populations pro-inflammatoires telles que les neutrophiles et d’enzyme pro-inflammatoire (myéloperoxydase), accompagnée de la diminution de cytokines antiinflammatoires. Ce contexte procarcinogène est renforcé par la diminution des Lymphocytes T (LT) anti-tumoraux dans la muqueuse et la tumeur. Cet effet a également été observé chez les patients atteints de CCR porteurs de souches E. coli colibactine-positives avec une baisse de la population des LT CD3+. Enfin, nous avons démontré qu’une infection par E. coli colibactine-positives induit une résistance à une immunothérapie anti-tumorale ciblant le checkpoint immunologique PD-1. Ces résultats suggèrent que la diminution des LT induite par l’infection chronique du tube digestif par des E. coli colibactine-positives pourrait être liée à cette résistance au traitement. Ainsi, les travaux effectués lors de cette thèse permettent de confirmer le rôle clé de certaines bactéries du microbiote intestinal et du dialogue complexe de celui-ci avec le système immunitaire, dans la carcinogenèse colique et la réponse aux traitements anti-cancéreux. (...) / Multiple evidences show the role of microbiota in colorectal cancer (CRC) development and anti-tumor drug responses. Various independent studies demonstrated that Escherichia coli strains with specific invasive properties and virulence factors abnormally colonize CRC patient mucosa. More than half of these strains harboring the pks pathogenic island coding for the synthesis of a genotoxin named colibactin. This genotoxin can impair directly DNA synthesis or cellular cycle and provokes genomic instability. Many different studies highlighted others bacteria-associated mechanisms leading to colorectal carcinogenesis as crosstalk between immune responses, inflammatory events, and/or cell senescence induction. However, the mechanisms by which CRC-associated E. coli promote colorectal carcinogenesis are diverse and some-what specific to the animal models and the microbial status of the animals (germ-free or Specific Pathogen Free). However, modulation of immune response and inflammation seems to play a central role in these mechanisms.The aim of this work was to evaluate the impact of chronic infection by colibactin-positive E. coli in a CRC reference model, the APCMin/+ mice colon focusing on inflammation and immune cells. First, we developed and validated an innovative method to quantify immune cells in APCMin/+ mice, based on immunostainings and digital image analysis. Thanks to the machine learning approach, we succeeded to precisely discriminate, quantify and localize these cells in three regions of interest: mucosa, lymphoid follicle and tumor. After the complete validation of this new method, we accurately examined the impact of a chronic infection with a colibactin-positive E. coli strain isolated from a CRC patient, on the APCMin/+ colon immune microenvironment. Particularly, we demonstrated the induction of a pro-carcinogenic environment by these bacteria in vivo, in a colibactin dependent manner, with both an increase of the pro-inflammatory neutrophil enzyme (myeloperoxydase) and cells, and a decrease of anti-inflammatory cytokines. This carcinogenesis-associated context is emphasized by the decrease of anti-tumor T cells in colon mucosa and tumor. This phenomenon is equally observed in CRC patients, with a decrease of T cells in patient tumors, which are harboring the colibactin-positive E. coli. Finally, we demonstrated for the first time that colibactin-positive E. coli infection induce resistance to an anti-tumor immunotherapy treatment based on PD-1 immune checkpoint blockade. Our results suggest that the decrease of T cells induce by colibactin-positive E. coli chronic infection could lead to the impairment of an immunotherapy response. To conclude, this thesis work confirms the crosstalk between some specific bacteria from intestine microbiota and the immune system in carcinogenesis and anti-tumor drug efficacy. In longer term, these results suggest that the colibactin-positive E. coli presence could be used as a poor prognosis biomarker in CRC and particularly to predict response to anti-PD-1 immunotherapy.

La morbi-mortalité élevée des carcinomes épidermoïdes de la cavité orale (CECO), qui peuvent se développer à partir de lésions orales à potentiel malin (LOPM), rend indispensable le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Le décryptage de l’hétérogénéité moléculaire aux différentes étapes de la carcinogénèse orale pourrait permettre de personnaliser les stratégies thérapeutiques de prévention et de traitement de ces cancers. Notre objectif était de caractériser l’hétérogénéité transcriptomique des LOPM et des CECO.Nous avons d’abord défini des signatures transcriptomiques associées aux changements histologiques de la carcinogénèse orale observés dans le modèle murin induit par le 4-NQO, montrant la pertinence de l’analyse de la dynamique temporelle du transcriptome pour améliorer la prévention des CECO. Cependant, ce modèle ne représentant qu’un sous-groupe particulier des CECO, nous avons ensuite étudié l’hétérogénéité inter-lésionnelle des LOPM en identifiant deux sous-types transcriptomiques principaux nommés « classical » et « immunological », qui sont caractérisés par différents biomarqueurs de risque de CECO.Au stade invasif, nous avons également étudié l’hétérogénéité transcriptomique des CECO HPV-négatifs entre les patients non-fumeurs non-buveurs (NFNB) et les patients fumeurs buveurs (FB). Le microenvironnement immunitaire était la principale différence biologique entre NFNB et FB, suggérant un bénéfice accru des immunothérapies chez les NFNB. Le profil transcriptomique de réponse antivirale observé dans les CECO des NFNB pourrait être en faveur de leur origine virale. En conclusion, l’hétérogénéité transcriptomique des LOPM et CECO suggère de personnaliser les stratégies thérapeutiques des patients porteurs de ces lésions / Oral squamous cell carcinomas (OSCC), which may develop from oral premalignant lesions (OPL), are associated with a substantial morbidity and mortality. A better understanding of the molecular heterogeneity at different steps of oral carcinogenesis may help to refine prevention and treatment strategies of patients suffering from OPL and OSCC. Our goal was to decipher transcriptomic hetereogeneity of OPL as well as OSCC. Using the 4-NQO murine model of oral carcinogenesis, we first identified transcriptomic signatures that characterized the dynamics of gene expression changes through different stages of disease progression, and that could be relevant for refining prevention strategies. Because this model represents only a subgroup of patients suffering from OSCC, we then investigated inter-OPL molecular heterogeneity. We identified two distinct gene expression subtypes, which were named classical and immunological and were characterized by different biomarkers of cancer risk. At invasive steps, we investigated transcriptomic heterogeneity between HPV-negative OSCC from never-smoker never-drinker (NSND) and smoker drinker (SD) patients. The immune microenvironment was the main biological difference between OSCC from NSND and SD, suggesting higher clinical benefit of immunotherapies in OSCC from NSND. The antiviral gene expression profile of OSCC from NSND could suggest a viral origin.In conclusion, we investigated transcriptomic heterogeneity of OPL as well as OSCC, that could help to refine their prevention and treatment strategies