L’avènement des inhibiteurs du point de contrôle immunitaire (ICIs) ciblant l’axe PD-1/PD-L1 a révolutionné le traitement des patients avec un carcinome pulmonaire non à petites cellules (CPNPC). Ce mémoire consolide les conclusions de trois études distinctes visant à analyser et à améliorer l'efficacité des ICIs en monothérapie chez le CPNPC. La première section explore les bénéfices associés au durvalumab suivant une chimioradiothérapie chez les patients présentant un CPNPC localement avancé, confirmant le bénéfice de survie associé aux ICI et élargissant les perspectives émises depuis l'étude PACIFIC, y compris au niveau de la valeur prédictive du PD-L1. Dans l’optique de caractériser de nouveaux biomarqueurs d’efficacité, la deuxième section souligne le rôle crucial du microbiome intestinal dans la modulation de la réponse aux ICIs, spécifiquement au niveau de la dysbiose intestinale liée aux antibiotiques. La méta-analyse proposée confirme l’impact délétère des antibiotiques sur la survie des patients traités avec un ICI, tout particulièrement lorsque l’antibiothérapie précède l’inhibition du PD-1/PD-L1. Dans le domaine des stratégies immunomodulatrices émergentes, la troisième section explore l’impact de la cryoablation chez les patients présentant un CPNPC avec PD-L1≥50% et traités avec le pembrolizumab. Sans relever un signal d’efficacité supérieure, cette étude de phase I/II confirme la faisabilité et l’innocuité de la cryoablation, une technique permettant la libération d’antigènes tumoraux en circulation sans dénaturation thermique. Ultimement, ce mémoire propose un survol des bénéfices de survie, biomarqueurs prédictifs et stratégies immunomodulatrices liés à l’utilisation des ICIs chez les patients avec un CPNPC avec l’espoir d’optimiser les paradigmes thérapeutiques existants. / The advent of immune checkpoint inhibitors (ICIs) targeting the PD-1/PD-L1 axis has revolutionized the therapeutic landscape for patients diagnosed with non-small cell lung cancer (NSCLC). This thesis consolidates the findings of three distinct studies aiming to analyze and enhance the efficacy of ICI monotherapy in NSCLC. The first section delves into the real-world use of durvalumab following chemoradiotherapy in stage III NSCLC, confirming the survival benefit associated with ICI administration in this context and broadening the insights derived from the PACIFIC study, particularly regarding the predictive value of PD-L1. With the aim of characterizing new biomarkers of efficacy, the second section sheds light on the crucial role of the gut microbiome in modulating responses to ICIs, particularly intestinal dysbiosis related to antibiotics. The meta-analysis confirms the detrimental impact of antibiotics on the overall survival of patients with advanced cancer treated with ICI monotherapy, especially when antibiotic therapy precedes PD-1/PD-L1 inhibition. In the realm of emerging immunomodulatory strategies, the third section explores the impact of cryoablation in patients with NSCLC and PD-L1≥50% treated with pembrolizumab. Although the procedure did not translate into a signal of superior efficacy, the proposed phase I/II study confirms the feasibility and safety of cryoablation, a technique allowing the release of circulating tumor antigens without heat-related denaturation. Ultimately, this thesis presents a contemporary overview of survival benefits, predictive biomarkers, and immunomodulatory strategies associated with the use of ICIs in monotherapy in patients with NSCLC, with the hope of optimizing existing therapeutic paradigms.

[ES] El cáncer de pulmón no microcítico (CPNM) representa un 80% de los casos de cáncer de pulmón, siendo uno de los tipos de cáncer más frecuentes y mortales. El tratamiento con inmunoterapia ha mejorado significativamente el pronóstico de los pacientes en las últimas décadas. No obstante, no todos los pacientes responden al tratamiento, por lo que se necesitan nuevos biomarcadores para predecir qué pacientes se podrían beneficiar de la inmunoterapia. El principal objetivo de esta tesis es obtener nuevos biomarcadores no invasivos para pacientes de CPNM avanzado tratados con inmunoterapia. Se incluyeron 52 pacientes de CPNM en estadios avanzados tratados con anti-PD1 o anti-PD1 en combinación con quimioterapia (anti-PD1+CT) en primera línea. Se analizaron biomarcadores no invasivos en muestras de sangre periférica, obtenidas antes del tratamiento y en la primera evaluación de respuesta. Los biomarcadores analizados en este estudio fueron: i) parámetros hematológicos e inmunológicos, ii) expresión de genes inmunoreguladores en células mononucleares de sangre periférica (PBMCs), iii) repertorio de TCR-ß y iv) genotipo de HLA. También se analizaron 13 controles sanos, y se observó que los pacientes con CPNM presentaron menores niveles de expresión de genes relacionados con las células T. Además, los pacientes con CPNM tenían menor número de clones de TCR-ß. Se analizó el valor predictivo y pronóstico de los potenciales biomarcadores independientemente en pacientes tratados con anti-PD1 o anti-PD+CT. Se encontraron biomarcadores con valor pronóstico, bien en las muestras basales o en las muestras tomadas en la primera evaluación de respuesta. Al utilizar muestras no invasivas, también se pudo estudiar la dinámica de los biomarcadores a lo largo del tratamiento, observando que algunos cambios ocurrían de manera diferencial en pacientes respondedores o dependiendo del tratamiento. La integración de los datos de las variables analizadas ha resultado en una propuesta de un modelo multivariante capaz de predecir qué pacientes tendrán mejor pronóstico, en el subgrupo de pacientes tratados con anti-PD1. Además, se crearon dos inmunogramas no invasivos incluyendo los ratios de los biomarcadores entre muestras tomadas antes y durante el tratamiento. Estos modelos se realizaron específicamente para cada tipo de tratamiento, y podrían ser útiles para monitorizar la respuesta durante el tratamiento. Este estudio resalta el papel de la biopsia líquida como una herramienta no invasiva para analizar biomarcadores de forma integral que permiten caracterizar y monitorizar el estatus inmune en pacientes con CPNM tratados con inmunoterapia o quimioinmunoterapia. / [CA] El càncer de pulmó no microcític (CPNM) representa un 80% dels casos de càncer de pulmó, i és un dels tipus de càncer més freqüents i mortals. El tractament amb immunoteràpia ha millorat significativament el pronòstic dels pacients en les últimes dècades. Malgrat això, no tots el pacients responen, per la qual cosa es necessiten nous biomarcadors per predir què pacients es beneficiaran del tractament amb immunoteràpia. El principal objectiu d'aquesta tesi és obtindre nous biomarcadors no invasius per a pacients de CPNM avançat tractats amb immunoteràpia. Es van incloure 52 pacients de CPNM en estadis avançats tractats amb anti-PD1 o anti-PD1 en combinació amb quimioteràpia (anti-PD1+CT) en primera línia. Es van analitzar biomarcadors no invasius a partir de mostres de sang perifèrica, que es van obtindre abans del tractament i en la primera avaluació de resposta. Els potencials biomarcadors analitzats en aquest estudi van ser: i) paràmetres hematològics i immunològics, ii) expressió de gens immunoreguladors en cèl·lules mononuclears de sang perifèrica (PBMCs), iii) repertori de TCR-ß i iv) genotip d'HLA. També es van analitzar 13 controls sans, i es va observar que els pacients amb CPNM presentaven menors nivells d'expressió de gens relacionats amb les cèl·lules T. A més, els pacients amb CPNM tenien menor riquesa de repertori de TCR-ß. S'han analitzat el valor predictiu i pronòstic dels potencials biomarcadors independentment en pacients tractats amb anti-PD1 o anti-PD1+CT. S'han trobat biomarcadors amb valor pronòstic, bé en les mostres basals o en les mostres preses en la primera avaluació de resposta. Com s'han utilitzat mostres no invasives, també s'ha pogut analitzar la dinàmica dels biomarcadores al llarg del tractament, i s'han observat canvis específics de pacients responedors o del tipus de tractament. La integració de les variables analitzades ha resultat en una proposta d'un model multivariant capaç de predir quins pacients amb CPNM tindran millor pronòstic, en el subgrup de pacients tractats amb anti-PD1. També s'han fet dos immunograms no invasius incloent els ràtios dels biomarcadors entre mostres preses abans i durant el tractament. Aquests models son específics per a cada tipus de tractament, i podrien ser útils per a monitorar la resposta durant el tractament. Aquest estudi ressalta el paper de la biòpsia líquida com una eina no invasiva per a analitzar biomarcadors de forma integral que permeten caracteritzar i monitorar l'estatus immune en pacients amb CPNM tractats amb immunoteràpia o quimioimmunoteràpia. / [EN] Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC) represents 80% of lung cancer cases, being one of the most frequent and death causing cancers. Recently developed treatments with immunotherapy have improved patient prognosis. However, a significant number of patients do not respond to treatment, thus there is an urgent need for biomarkers to predict which patients will benefit from immunotherapy. The main objective of this thesis was to obtain novel non-invasive biomarkers for advanced-stage NSCLC patients treated with immunotherapy. This study included 52 advanced-stage NSCLC patients treated with Anti-PD1 or Anti-PD1 in combination with chemotherapy (Anti-PD1+CT) in the first line setting. Non-invasive biomarkers were analysed using peripheral blood samples, which were obtained before first cycle and at first response assessment. The potential biomarkers analysed in this study were: i) haematological and immunological parameters, ii) immune-related gene expression analysed on Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMCs), iii) TCR-ß repertoire, and iv) HLA genotype. 13 healthy subjects were also included in this study. NSCLC patients presented lower T cell related gene expression levels than controls. Furthermore, cancer patients had a lower number of unique TCR-ß clones. We have assessed the predictive and prognostic value of the analysed variables independently on patients treated with anti-PD1 or anti-PD1+CT. We found prognostic biomarkers that could be useful to identify patients who benefit from treatment. Since we used non-invasive samples, we also observed differences in immune-related biomarkers at first response assessment in patients responding to treatment. In addition, biomarker dynamics were useful to identify changes occurring throughout treatment. The integration of data from the analysed variables has resulted in a proposal of a multivariate model capable of predicting patients with improved outcomes to treatment with anti PD1 therapy. Moreover, we have developed two non-invasive inmunograms including the ratios of on- and pre-treatment samples, which could be useful to monitor patients throughout treatment. Altogether, this study highlights the role of non-invasive biomarkers to characterize and monitor immune status in NSCLC patients treated with immunotherapy or chemoimmunotherapy. / This Thesis was supported by the following grants: Fundación Científica Asociación Española Contra el Cáncer. PRDVA18015MORE; Centro de Investigación Biomédica en Red Cáncer. Project B16/12/00350 e Instituto de Salud Carlos III: PI18/00266 / Moreno Manuel, A. (2024). Non-Invasive Immunogram. A Multidimensional Approach to Characterize and Monitor Immune Status in Non-Small Cell Lung Cancer [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204490

Background Primary radiochemotherapy with photons is the standard treatment for locally advanced-stage non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. Acute radiation-induced side effects such as oesophagitis and radiation pneumonitis limit patients’ quality of life, and the latter can be potentially life-threatening. Due to its distinct physical characteristics, proton therapy enables better sparing of normal tissues, which is supposed to translate into a reduction of radiation-induced side effects. Methods/design This is a single-centre, prospective, randomised controlled, phase II clinical trial to compare photon to proton radiotherapy up to 66 Gy (RBE) with concomitant standard chemotherapy in patients with locally advanced-stage NSCLC. Patients will be allocated in a 1:1 ratio to photon or proton therapy, and treatment will be delivered slightly accelerated with six fractions of 2 Gy (RBE) per week. Discussion The overall aim of the study is to show a decrease of early and intermediate radiation-induced toxicity using proton therapy. For the primary endpoint of the study we postulate a decrease of radiation-induced side effects (oesophagitis and pneumonitis grade II or higher) from 39 to 12%. Secondary endpoints are locoregional and distant failure, overall survival and late side effects. Trial registration Registered at ClinicalTrials.gov with Identifier NCT02731001 on 1 April 2016.

Il est maintenant bien établi que le système immunitaire joue un rôle majeur dans le contrôle des tumeurs, y compris dans les carcinomes pulmonaires. Cependant, les interactions entre les cellules tumorales et les cellules immunitaires du microenvironnement tumoral sont mal connues. Dans ce travail, nous avons étudié les caractéristiques morphologiques et moléculaires des cellules tumorales provenant d’adénocarcinomes pulmonaires et leur association avec la composition du microenvironnement immunitaire. Nous avons rapporté la valeur pronostique des paramètres morphologiques de ces tumeurs, comme le grade histologique des adénocarcinomes, et leur association avec le statut moléculaire EGFR et KRAS. Nous avons émis l’hypothèse que la diversité morphologique et moléculaire de ces tumeurs pouvait être associée à une signature immunitaire intra-tumorale spécifique et que cela pourrait avoir un impact pronostique. Nous avons mis en évidence que la densité des cellules dendritiques matures, situées au sein de structures lymphoïdes tertiaires, variait en fonction du statut moléculaire EGFR et KRAS des tumeurs. De même, l’impact pronostique des cellules dendritiques matures et des lymphocytes CD8+ variait en fonction du statut moléculaire des tumeurs. Nous avons également retrouvé la valeur pronostique de l’environnement immunitaire, représenté par la densité en cellules dendritiques matures et en lymphocytes CD8+, sur la survie à long terme des carcinomes pulmonaires de stade III-N2 opérés après chimiothérapie néoadjuvante. Enfin, nous avons démontré que la chimiothérapie n'est pas associée à de profondes modifications de l’infiltrat immunitaire, alors qu’elle entraîne des modifications des cellules tumorales. L’ensemble de ces résultats suggère que l’infiltrat immunitaire est intimement lié à la cellule tumorale et que la composition du microenvironnement immunitaire varie avec les caractéristiques de la tumeur. Cette interaction entre les cellules tumorales et les cellules immunitaires contribue au pronostic de ces tumeurs. Ces données démontrent l’intérêt d’utiliser des traitements combinant des drogues cytotoxiques, telle la chimiothérapie conventionnelle, à des traitements immunomodulateurs permettant de favoriser une réponse immunitaire anti-tumorale efficace. / The major role of the immune system against tumor development is now clearly established, including lung carcinoma. Nevertheless, interaction between tumoral cells and immune environment is less well-defined. In that study, we have studied morphological and molecular tumoral cells characteristics from lung adenocarcinoma and their role in the composition of immune environment. We reported the prognostic value of morphological parameters, as histological grade of adenocarcinoma, and their association with molecular EGFR and KRAS status. We hypothesized that morphological and molecular diversity of these tumors could be associated with a specific intratumoral immune signature, and could have an impact in prognosis. We showed that mature dendritic cells density, located in tertiary lymphoid structures, differed according to EGFR and KRAS status. Morever, molecular status of tumors modified the pronostic value of mature dendritics cells and CD8+ T cells. We found a prognostic value of immune environment, represented by dendritic cells and T CD8+ cells, in operated stage III-N2 lung carcinomas treated by neoadjuvant chemotherapy. At last, we demonstrated that chemotherapy is not associated with wide modifications in immune infiltrate, whereas it induced modifications in tumoral cells. All together, these data strongly argue for a close link between tumoral cells and immune environment, which seems to depend on tumoral cell characteristics. This interaction between tumoral cells and immune cells contribute to the prognosis of these tumors. These results show the evidence that combine cytotoxic treatment, like conventional chemotherapy, with immunomodulators, favour a protective anti-tumor immune response.

Les immunothérapies de type immune checkpoint blockade (ICB) ont révolutionné les approches thérapeutiques en oncologie médicale et ont largement contribué au fait que l’immunothérapie est maintenant considérée comme le quatrième pilier des traitements anticancer, aux côtés d’approches traditionnelles telles que la chirurgie, la radiothérapie et la chimiothérapie. Malgré les résultats encourageants des études cliniques évaluant ce type d’immunothérapie, la majorité des patients décèderont des suites de leur maladie. Conséquemment, le domaine de recherche visant à comprendre les mécanismes de résistance aux immunothérapies est en expansion constante. Plusieurs stratégies visant à améliorer les issues cliniques ont été proposées, parmi lesquelles figurent: 1) la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques dans le microenvironnement immun tumoral et; 2) les études de combinaisons thérapeutiques où une immunothérapie est jumelée à d’autres types de modalités thérapeutiques potentiellement synergiques. Chacune des études présentées dans cette thèse de recherche s’apparente à l’une ou l’autre de ces stratégies. Dans le cadre de notre première étude, nous démontrons que la protéine WISP1 représente une cible prometteuse à l’intérieur du microenvironnement de plusieurs types de tumeurs solides étant donné son association avec différentes variables pronostiques et proinflammatoires, ainsi qu’avec un programme épigénétique complexe, la transition épithélialemésenchymateuse (Epithelial-Mesenchymal Transition; EMT). De plus, nous démontrons que les niveaux d’expression de WISP1 sont significativement plus élevés au sein des tumeurs démontrant une résistance primaire aux immunothérapies de type ICB, particulièrement lorsque qu’une signature reliée à l’EMT peut être retrouvée de façon concomitante. Pour notre deuxième étude, nous avons utilisé des modèles murins in vivo de cancer pulmonaire non à petites cellules KRAS-mutés afin de tester différentes combinaisons thérapeutiques jumelant une thérapie dite ciblée (i.e., un inhibiteur de MEK) a différentes immunothérapies de type ICB. Nos résultats démontrent que l’ajout d’une immunothérapie anti-CTLA-4 à l’inhibiteur de MEK AZD6244 (selumetinib) et une immunothérapie anti-PD-L1 augmente significativement la survie, et que ces bénéfices sont associés à une diminution de marqueurs reliés à l’EMT. Il existe donc un lien commun entre ces deux études qui repose sur l’importance de l’EMT comme facteur favorisant la résistance thérapeutique aux immunothérapies. De plus, nous démontrons pour la première fois que les bénéfices associés à la triple combinaison thérapeutique susmentionnée peuvent être corrélés à une diminution d’expression de marqueurs liés à l’EMT. Par conséquent, nos résultats sont discutés en tant que base potentielle pour de futures études visant à réduire la résistance thérapeutique reliée à l’EMT. Nous discutons également de la valeur translationnelle de nos résultats à travers le développement d’une étude clinique. / Immune checkpoint blockade (ICB) has revolutionized therapeutic approaches in the field of medical oncology and has largely contributed to the fact that immunotherapy is now being regarded as the fourth pillar of cancer treatment alongside surgery, radiotherapy and chemotherapy. Despite encouraging results from clinical trials using ICB, most patients ultimately relapse or succumb to their disease. Therefore, the field of immunotherapeutic resistance research is rapidly expanding. Many strategies to improve ICB responses have been undertaken, including: 1) the search for novel, actionable targets in the immune tumor microenvironment (TME) and; 2) therapeutic combination studies where an ICB backbone is combined with different, synergistic treatment modalities. Each of the studies presented in this research thesis embraces one of these strategies. In our first study, we show that WISP1 represents a promising TME target in multiple solid tumor types by demonstrating its association with prognostic and pro-inflammatory variables, as well as to a complex epigenetic program termed Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT). Furthermore, we show that increased WISP1 expression is associated to primary resistance to ICB, particularly when EMT-related signatures are found concomitantly. In our second study, we used in vivo mouse models of KRAS-mutant Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC) to test different therapeutic combinations of targeted therapies (i.e., MEK inhibitor) and ICB. We found that the addition of anti-CTLA-4 ICB to MEK inhibitor AZD6244 (selumetinib) and anti-PD-L1 ICB increases survival, and that these benefits are associated with the downregulation of EMT-related markers. Therefore, there exists a common link between these studies, which relies on the significance of EMT as a detrimental factor within the TME and its association with ICB resistance. Moreover, we show for the first time that the benefits of ICB combination therapy can be associated to the downregulation of EMT markers in vivo. Consequently, we discuss how our results may constitute the basis for future work aiming at reducing EMT-mediated therapeutic resistance, as well as the translational relevance of our pre-clinical results through the development of a clinical trial.

Background Primary radiochemotherapy with photons is the standard treatment for locally advanced-stage non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. Acute radiation-induced side effects such as oesophagitis and radiation pneumonitis limit patients’ quality of life, and the latter can be potentially life-threatening. Due to its distinct physical characteristics, proton therapy enables better sparing of normal tissues, which is supposed to translate into a reduction of radiation-induced side effects. Methods/design This is a single-centre, prospective, randomised controlled, phase II clinical trial to compare photon to proton radiotherapy up to 66 Gy (RBE) with concomitant standard chemotherapy in patients with locally advanced-stage NSCLC. Patients will be allocated in a 1:1 ratio to photon or proton therapy, and treatment will be delivered slightly accelerated with six fractions of 2 Gy (RBE) per week. Discussion The overall aim of the study is to show a decrease of early and intermediate radiation-induced toxicity using proton therapy. For the primary endpoint of the study we postulate a decrease of radiation-induced side effects (oesophagitis and pneumonitis grade II or higher) from 39 to 12%. Secondary endpoints are locoregional and distant failure, overall survival and late side effects. Trial registration Registered at ClinicalTrials.gov with Identifier NCT02731001 on 1 April 2016.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / All platinum (Pt)-based chemotherapeutics exert their efficacy primarily via the formation of DNA adducts which interfere with DNA replication, transcription and cell division and ultimately induce cell death. Repair and tolerance of Pt-DNA lesions by nucleotide excision repair and homologous recombination (HR) can substantially reduce the effectiveness of the Pt therapy. Inhibition of these repair pathways, therefore, holds the potential to sensitize cancer cells to Pt treatment and increase clinical efficacy. Replication Protein A (RPA) plays essential roles in both NER and HR, along with its role in DNA replication and DNA damage checkpoint activation. Each of these functions requires RPA binding to single-stranded DNA (ssDNA). We synthesized structural analogs of our previously reported RPA inhibitor TDRL-505, determined the structure activity relationships and evaluated their efficacy in tissue culture models of epithelial ovarian cancer (EOC) and non-small cell lung cancer (NSCLC). These data led us to the identification of TDRL-551, which exhibited a greater than 2-fold increase in in vitro and cellular activity. TDRL-551 showed synergy with Pt in tissue culture models of EOC and in vivo efficacy, as a single agent and in combination with platinum, in a NSCLC xenograft model. These data demonstrate the utility of RPA inhibition in EOC and NSCLC and the potential in developing novel anticancer therapeutics that target RPA-DNA interactions.

Presque toutes les cellules nucléées expriment des peptides associés au CMH I (HLA I chez l’humain)(MAP) qui sont échantillonnés à partir du protéome cellulaire et transportés vers la surface cellulaire pour inspection par les lymphocytes T CD8. En tant que tel, la collection de MAP à la surface des cellules, ou immunopeptidome, informe les lymphocytes T CD8 de l’état cellulaire interne. L’immunosurveillance du cancer repose sur la capacité des lymphocytes T CD8 à reconnaître les MAP anormaux sur les cellules tumorales et à les éliminer tout en épargnant les cellules saines. Par conséquent, l’existence du cancer indique que bien souvent, les lymphocytes T CD8 spécifiques à la tumeur sont impuissants, dysfonctionnels ou incapables d’exercer leur fonction. Les vaccins anticancéreux peuvent actionner la destruction des tumeurs en stimulant la reconnaissance des MAP anormaux. Toutefois, le développement de vaccins anticancéreux efficaces est entravé par le manque de MAP exploitables, ou antigènes tumoraux (TA), exprimés exclusivement sur les cellules tumorales. La recherche et l’identification de TA ont été largement limitées aux MAP dérivés de mutations non synonymes situées dans des exons canoniques codant pour des protéines. Ces régions génomiques ne représentent que 2% du génome humain. Le fait que les MAP puissent potentiellement dériver de la traduction non canonique de toutes les régions génomiques n’a été pleinement compris que récemment. Ici, nous avons utilisé la protéogénomique pour découvrir des TA exploitables dérivés de produits de traduction canoniques et non canoniques partagés au sein ou entre divers types de cancers humains. Premièrement, nous avons utilisé des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) pour identifier les MAP associés à la pluripotence (paMAP) étant partagés par les cellules cancéreuses. Les antigènes pluripotents sont exprimés dans les tissus embryonnaires et absents des tissus adultes sains, mais anormalement réexprimés par les cellules cancéreuses. Ainsi, bien qu'ils ne soient pas mutés, les paMAP constituent des cibles idéales et spécifiques au cancer. Nous avons identifié un ensemble de 48 paMAP dérivés de transcrits codants et non codants (48 %) impliqués dans le maintien de la pluripotence et exprimés de manière aberrante dans plusieurs types de cancer. Ainsi, bien qu’elles proviennent de différents types de cellules et de tissus, des tumeurs 4 distinctes convergent vers un programme transcriptionnel associé à la pluripotence. En effet, l’expression des paMAP dans les cancers est corrélée à l’hypométhylation récurrente de leurs gènes sources, la présence d’aberrations génomiques courantes et l’adoption par les tumeurs de stratégies d’évasion immunitaire communes. Enfin, comme plusieurs paMAP sont immunogènes, leur utilisation comme cibles dans des vaccins anticancéreux pourrait entrer en synergie avec les inhibiteurs disponibles des voies d'évasion immunitaire et améliorer le traitement de plusieurs cancers agressifs. Ensuite, nous avons évalué l’ensemble des TA ayant un potentiel thérapeutique dans deux types de tumeurs présentant une charge mutationnelle particulièrement élevée, le mélanome et le cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC). Nous avons constaté que les TA mutés (mTSAs) représentent une minorité (1 %) des TA exploitables dans ces deux types de cancer. Cela peut s'expliquer par une faible expression d'ARN de la plupart des mutations non synonymes ainsi que par leur localisation en dehors des régions génomiques les plus efficaces pour la génération de MAP. En revanche, 99 % des TA dérivent de séquences génomiques non mutées spécifiques au cancer (aeTSA), surexprimées dans le cancer (TAA) ou spécifiques à la lignée cellulaire d'origine (LSA, exprimés par les mélanocytes ou par les cellules épithéliales pulmonaires, pour le mélanome et le NSCLC, respectivement). Tout comme les paMAP, environ 50 % des aeTSA identifiés dans le mélanome et le NSCLC proviennent de séquences non canoniques et sont régulés de manière épigénétique. Alors que les mTSA sont exclusivement spécifiques à chaque patient patient, les aeTSA sont partagés entre les échantillons tumoraux. De plus, leur absence dans les tissus normaux, leur abondance et leur capacité à activer les lymphocytes T CD8 en font des cibles idéales pour traiter les mélanomes et les NSCLC. En conclusion, cette thèse fournit un aperçu de la biogenèse de différents types de TA dans diverses cohortes de patients et ouvre la voie au développement d’immunothérapies ciblées et efficaces contre une grande variété de cancers. / Nearly all nucleated cells express MHC I (HLA I in humans)-associated peptides (MAPs) which are sampled from the cellular proteome and transported to the cell surface for inspection by CD8 T cells. As such, the collection of cell-surface MAPs, or the immunopeptidome, informs CD8 T cells on the inner cell state. Cancer immunosurveillance relies on the capacity of CD8 T cells to recognize abnormal MAPs on tumor cells and eliminate them while sparing healthy cells. Hence, the existence of cancer indicates that tumor-specific CD8 T cells are underpowered, dysfunctional or inhibited from exerting their function. Anti-cancer vaccines can boost tumor killing by stimulating the recognition of abnormal MAPs. The development of effective anti-cancer vaccines is limited by the identification of actionable MAPs, or tumor antigens (TAs), expressed exclusively on tumor cells. The TA search space has been largely limited to MAPs derived from non-synonymous mutations in canonical protein-coding exons which represent a mere 2% of the human genome. That MAPs can derive from the non-canonical translation of potentially all genomic regions has only recently been fully appreciated. Herein, we used proteogenomics to discover actionable TAs derived from canonical and non-canonical translation products shared within or across different types of human cancer. First, we used induced pluripotent stem cells (iPSCs) to identify pluripotency-associated MAPs (paMAPs) shared by cancer cells. Pluripotency antigens are restricted to embryonic tissues and absent from healthy adult tissues but abnormally re-expressed by cancer cells, which makes them ideal tumor-specific targets despite being unmutated. We identified a set of 46 paMAPs derived from coding and allegedly non-coding (48%) transcripts involved in pluripotency maintenance and aberrantly expressed in multiple cancer types. Thus, despite originating from different cell types and tissues, distinct tumor types converged towards a pluripotency-associated transcriptional program. Indeed, the expression of paMAPs across cancers correlated with recurrent source gene hypomethylation, genomic aberrations, and immune evasion properties. Several paMAPs were immunogenic, thus their targeting could synergize with available inhibitors of immune evasion pathways to improve the outcome of multiple aggressive cancers. 7 Next, we evaluated the actionable TA landscape of two tumor types with particularly high mutational load, melanoma and non-small cell lung cancer (NSCLC). We found that mutated TAs (mTSAs) represent a minority (1%) of actionable TAs in both cancer types, which can be explained by a low RNA expression of most non-synonymous mutations and their localization outside genomic regions proficient for MAP generation. By contrast, 99% of TAs derived from unmutated genomic sequences specific to cancer (aeTSAs), overexpressed in cancer (TAAs), or specific to the cell lineage of origin (LSAs, expressed by melanocytes or by lung epithelial cells, for melanoma and NSCLC LSAs, respectively). As for paMAPs, around 50% of aeTSAs in melanoma and NSCLC were non-canonical and were epigenetically regulated. Whereas mTSAs were exclusively patient-specific, aeTSAs were shared among tumor samples and exhibited all characteristics of targetable TAs, including tumor-specificity, high abundance, and immunogenicity. Altogether, this thesis provides insights into the biogenesis of different TA types in various patient cohorts and paves the way for the development of effective TA-based immunotherapies against a large variety of cancers.

Non-small cell lung cancers (NSCLC) constitute 80-85% of lung cancers and are the leading cause of cancer-related deaths globally. The most common cause is prolonged smoking. Current treatment options for NSCLC include surgery, radiation, chemotherapy, targeted drug therapy, and immunotherapy. Although these medications are effective in the short term, patients often face issues of drug resistance and debilitating side effects with prolonged use. Currently, the use of Zika virus (ZIKV) is being researched as a possible alternative treatment for cancer, which minimizes side effects and the risk of drug resistance. TIM/TAM proteins are identified as the putative ZIKV receptors on the surface of human cells that mediate viral entry through apoptotic mimicry. Once engulfed, the virus can hijack the host cell’s machinery to replicate and propagate the infection. Previous research has shown the potential of using Zika virus as an oncolytic agent in glioblastoma and neuroblastoma cell lines. The success of Zika-induced oncolysis in these cancers opens doors for expanding into other cancers, including NSCLC. Infection of six diverse NSCLC cell lines with ZIKV revealed that three cell lines were sensitive to ZIKV-induced oncolysis while the remaining were resistant. Transcriptome data analysis of TIM/TAM and CD24 mRNA expression levels were compared between ZIKV-sensitive and resistant cell lines, revealing AXL and TIM-1 as potential players in increasing or decreasing ZIKV infection. High AXL (TAM) expression correlated with increased sensitivity to ZIKV, while high TIM-1 (TIM) expression correlated with increased resistance. Experiments with AXL silencing in ZIKV-sensitive cell lines provided evidence of the role of AXL in increasing ZIKV sensitivity. Although further studies with TIM-1 must be done to determine its role in conferring resistance, AXL and TIM-1 have the potential to be biomarkers in predicting tumor sensitivity to ZIKV-induced oncolytic therapy.