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Chez les hommes, le cancer de la prostate est, au niveau mondial, le 2ème cancer le plus diagnostiqué et le 5ème cancer le plus létal. Lorsqu'il est localisé à la prostate, il est principalement traité par prostatectomie ou radiothérapie. Cependant, entre 27 et 53% des patients traités à ce stade développeront éventuellement une récidive. L'hormonothérapie qui vise à réduire l'effet des androgènes sur le cancer, permet d'augmenter significativement la survie de ces patients. Par contre, ces cancers deviendront irrémédiablement résistants à la castration puis évolueront vers la forme métastatique pour laquelle il n'existe aucun traitement curatif. Ainsi de nouvelles thérapies sont nécessaires pour augmenter la survie de ces patients. Un nombre important d'études visant le développement d'immunothérapies du cancer de la prostate ont vu le jour au cours des dernières années. Ces études ont mené entres autres au développement du Sipuleucel-T, la première immunothérapie approuvée pour le traitement du cancer de la prostate, ainsi qu'à l'étude de l'effet antitumoral des inhibiteurs de points de contrôle immunologiques. Ces traitements, principalement testés sur des cancers avancés, ont montré des effets très limités et dans certains cas, des effets indésirables importants. Plusieurs études soulignent l'importance d'administrer les traitements plus tôt dans le cours de la maladie et suggèrent que l'administration locale de combinaisons de molécules immunomodulatrices pourrait être efficace tout en limitant les effets indésirables. L'objectif principal de mon projet était de développer une nouvelle approche immunothérapeutique basée sur l'utilisation du vecteur adénoviral PCA3-TSTA permettant l'expression ciblée à la tumeur de molécules immunostimulatrices. L'expression ciblée à la tumeur est réalisée grâce à la spécificité du promoteur de l'ARN long non-codant PCA3 humain, qui est à ce jour le biomarqueur le plus spécifique du cancer de la prostate, ainsi que l'amplification de l'activité transcriptionnelle par le système TSTA. Ces approches immunothérapeutiques ont été testées dans le modèle murin immunocompétent de cancer de la prostate TRAMP-C2. Dans un premier temps, nous avons montré chez des souris portant des tumeurs TRAMP-C2, la spécificité tumorale et l'activité transcriptionnelle in vivo pendant au moins 21 jours de l'adénovirus PCA3-TSTA codant pour la luciférase. Nous avons ensuite construit et testé des adénovirus PCA3-TSTA codant pour les formes murines de mGM-CSF, mIL-17A ou mIL-12. Seul le traitement précoce de tumeurs TRAMP-C2 par l'adénovirus PCA3-TSTA-mIL-12 a résulté en une régression tumorale complète chez 100% des souris traitées. A un stade plus avancé, ce traitement a induit un ralentissement significatif de la croissance tumorale et une régression complète chez 20% des souris traitées. Par la suite, l'analyse des tumeurs TRAMP-C2 traitées in vivo avec le PCA3-TSTA-mIL-12 a montré l'induction de l'expression de mIL-12 mais aussi d'une réponse cytokinique impliquant l'IFN-γ. L'infection de biopsies de cancer de prostate humain par le PCA3-TSTA-mIL-12 a également induit une sécrétion d'IFN-γ dans certains échantillons, suggérant la stimulation, par l'IL-12 murine, de cellules T CD8+ ou NK infiltrant ces biopsies. Nos analyses en cytométrie de flux ont montré que les cellules immunes infiltrant les tumeurs TRAMP-C2 sont caractérisées par l'expression de PD-1 et plus faiblement de CTLA-4 et que cette infiltration est caractérisée par une importante proportion de MDSC. Nous avons donc analysé l'effet antitumoral du PCA3-TSTA-mIL-12 en combinaison avec des anticorps anti-PD-1 et anti-CTLA-4. La combinaison du PCA3-TSTA-mIL-12 avec un anticorps bloquant le CTLA-4 a montré une régression tumorale complète chez 33% des souris traitées contre 16% lorsque que le virus était combiné avec un anticorps inhibant le PD-1. Finalement, nous avons testé la combinaison d'un inhibiteur de PD-1 avec le tasquinimod, un composé inhibiteur de la fonction des MDSC. Nous n'avons cependant pas pu mettre en évidence d'effet significatif de cette combinaison sur la croissance des tumeurs TRAMP-C2. Globalement, nos résultats ont démontré que le vecteur adénoviral PCA3-TSTA permet d'induire l'expression localisée et durable de molécules immunomodulatrices par des cellules tumorales prostatiques. L'injection du PCA3-TSTA-mIL-12 dans des tumeurs TRAMP-C2 in vivo et des biopsies de cancer de prostate humain in vitro nous ont permis de mettre en évidence la production de cytokines par les cellules immunes infiltrant ces tumeurs en réponse à la production de mIL-12. Ces protocoles permettraient dans des travaux futurs de tester différents vecteurs PCA3-TSTA afin de sélectionner des combinaisons optimales de signaux immuns capables d'activer une réponse antitumorale pouvant mener à des effets immunothérapeutiques cliniques. / In men, prostate cancer is, worldwide, the 2nd most diagnosed cancer and the 5th most lethal cancer. When localized to the prostate, it is mainly treated with prostatectomy or radiation therapy. However, between 27 and 53% of patients treated at this stage will eventually develop a recurrence. Hormone therapy, which aims to reduce the effect of androgens on cancer, significantly increases the survival of these patients. On the other hand, these cancers will become irremediably resistant to castration and then evolve into the metastatic form for which there is no cure. Thus, new therapies are needed to increase the survival of these patients. A significant number of studies aimed at the development of immunotherapies for prostate cancer have emerged in recent years. These studies led, among other things, to the development of Sipuleucel-T, the first immunotherapy approved for the treatment of prostate cancer, as well as the study of the antitumor effect of immunological checkpoint inhibitors. These treatments, mainly tested on advanced cancers, have shown very limited effects and in some cases, significant adverse effects. Several studies highlight the importance of administering treatments earlier in the course of the disease and suggest that local administration of combinations of immunomodulatory molecules may be effective while limiting adverse effects. The main objective of my project was to develop a new immunotherapeutic approach based on the use of the adenoviral vector PCA3-TSTA allowing the targeted expression to the tumor of immunostimulatory molecules. Targeted expression to the tumor is achieved by the specificity of the promoter of the human PCA3 long non-coding RNA, which is to date the most specific biomarker of prostate cancer, as well as the amplification of transcriptional activity by the TSTA system. These immunotherapeutic approaches were tested in the immunocompetent mouse model of prostate cancer TRAMP-C2. As a first step, we showed in mice carrying TRAMP-C2 tumors, tumor specificity and transcriptional activity in vivo for at least 21 days of the PCA3-TSTA adenovirus encoding luciferase. We then built and tested PCA3-TSTA adenoviruses encoding the murine forms of mGM-CSF, mIL-17A or mIL-12. Only early treatment of TRAMP-C2 tumors with PCA3-TSTA-mIL-12 adenovirus resulted in complete tumor regression in 100% of the treated mice. At a more advanced stage, this treatment induced a significant slowdown in tumor growth and complete regression in 20% of the treated mice. Subsequently, the analysis of TRAMP-C2 tumors treated in vivo with PCA3-TSTA-mIL-12 showed the induction of mIL-12 expression but also of a cytokine response involving IFN-γ. Infection of human prostate cancer biopsies with PCA3-TSTA-mIL-12 also induced secretion of IFN-γ in some samples, suggesting stimulation by murine IL-12 of CD8+ or NK T cells infiltrating these biopsies. Our flow cytometry analyses have shown that immune cells infiltrating TRAMP-C2 tumors are characterized by the expression of PD-1 and weaker expression of CTLA-4 and that this infiltration is characterized by a large proportion of MDSC. We therefore analyzed the antitumor effect of PCA3-TSTA-mIL-12 in combination with anti-PD-1 and anti-CTLA-4 antibodies. The combination of PCA3-TSTA-mIL-12 with a CTLA-4-blocking antibody showed complete tumor regression in 33% of treated mice compared to 16% when the virus was combined with a PD-1-inhibiting antibody. Finally, we tested the combination of a PD-1 inhibitor with tasquinimod, a compound that inhibits MDSC function. However, we could not show a significant effect of this combination on the growth of TRAMP-C2 tumors. Overall, our results demonstrated that the adenoviral vector PCA3-TSTA induces the localized and sustained expression of immunomodulatory molecules by prostate tumor cells. Injection of PCA3-TSTA-mIL-12 into TRAMP-C2 tumors in vivo and human prostate cancer biopsies in vitro allowed us to demonstrate the production of cytokines by immune cells infiltrating these tumors in response to the production of mIL-12. These protocols would allow in future work to test different PCA3-TSTA vectors in order to select optimal combinations of immune signals capable of activating an antitumor response that can lead to clinical immunotherapeutic effects.

Les antigènes testiculaires du cancer sont des cibles idéales pour l’immunothérapie du cancer car ce sont des protéines immunogéniques dont l’expression est restreinte aux cellules germinales et au cancer. Le but de cette étude est d’évaluer le potentiel de MAGE-A11, un antigène testiculaire du cancer, comme cible pour développer un vaccin contre le cancer de la prostate. Pour ce faire, l’anticorps monoclonal 5C4 qui a la capacité de reconnaître la présence de MAGE-A11 dans les tissus fixés et inclus en paraffine a été produit. De plus, l’expression de MAGE-A11 a été analysée sur plusieurs lignées de cellules cancéreuses. Il a été démontré que MAGE-A11 est exprimé dans plusieurs types de cancers notamment dans le cancer du côlon et du cerveau. Finalement, nous avons identifié trois épitopes du CMH classe II HLA-DR1 dans la protéine MAGE-A11 confirmant ainsi l’immunogénicité de cet antigène et son potentiel comme cible pour l’immunothérapie du cancer. / Cancer/testis antigens are ideal targets for cancer immunotherapy because of their limited expression in normal tissues, aberrant expression in malignancies and their immunogenic properties. The aim of this study was to evaluate the potential of cancer/testis antigen, MAGE-A11, as an immunotherapeutic target for development of a prostate cancer vaccine. To accomplish this, we produced the monoclonal antibody 5C4 that is capable of recognizing MAGE-A11 in formalin-fixed paraffin-embedded tissues. We also investigated the expression of MAGE-A11 in a wide variety of cancer cell lines to determine the scope of its expression in cancer. It was shown that MAGE-A11 is widely expressed in malignancies. The highest MAGE-A11 expression was observed in colon cancer and astrocytoma brain tumors. Finally, we identified three naturally processed MHC class II HLA-DR1 epitopes in MAGE-A11 protein, thus confirming its immunogenicity and its potential as a target for cancer immunotherapy.

Le cancer de la prostate (CaP) est caractérisé par un microenvironnement tumoral immunosuppresseur qui inhibe l'immunité antitumorale. Le traitement avec des immunomodulateurs, comme les cytokines (e.g. IL-12), pourrait modifier la réponse immunitaire. Cependant, l'administration systémique d'immunomodulateurs peut provoquer des toxicités. Pour éviter cela, les immunomodulateurs pourraient être produits dans la tumeur par un adénovirus assurant l'expression du transgène spécifiquement au CaP. Notre laboratoire a construit un tel adénovirus codant pour l'IL-12 murin (mIL-12) sous le contrôle du promoteur PCA3 et d'un système d'amplification appelé TSTA. Il a été démontré que cet adénovirus, nommé Adv-PCA3-TSTA-mIL-12, réduisait la croissance des tumeurs de prostate TRAMP-C2 chez les souris C57BL/6. Ici, nous avons cherché à vérifier un possible effet synergique de l'activation d'OX40 pour améliorer la réponse observée avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. OX40 murin (mOX40), ainsi que son ligand (mOX40L), sont des points de contrôle immunitaires qui appartiennent à la superfamille des Tumor Necrosis Factors. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé deux approches. Dans la première, nous avons cherché à produire un Adv-PCA3-TSTA-mOX40L afin de l'utiliser en combinaison avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. L'Adv-PCA3-TSTA-mOX40L a été construit, mais sa capacité à induire l'expression de mOX40L dans les cellules TRAMP-C2 n'a pas encore été confirmée. Dans la seconde, un anticorps monoclonal (AcMo) agoniste anti-mOX40 serait administré en combinaison avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. Pour tester cette approche, des cellules TRAMP-C2 ont été implantées chez des souris et les tumeurs ont été traitées par injections d'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12 seules ou en association avec des injections de AcMo anti-mOX40 ou anti-mPD-1, comme comparateur. Les résultats n'ont montré aucun effet synergique significatif des combinaisons. Les cellules immunitaires infiltrant les tumeurs ont montré peu de changements significatifs, à l'exception d'une diminution des cellules CD8⁺PD-1⁺ dans les tumeurs traitées avec les anti-mOX40 ou anti-mPD-1. La combinaison de la stimulation d'OX40 avec l'Adv-PCA3-TSTA-IL-12 ne semble pas avoir d'effet synergique. Des combinaisons plus efficaces devraient être recherchées. / Prostate cancer (PCa) is characterized by an immunosuppressive tumor microenvironment that inhibits antitumor immunity. Treatment with immunomodulators, such as cytokines (e.g., IL-12), could modify the immune response. However, systemic administration of immunomodulators can cause toxicities. To avoid these toxicities, the immunomodulators could be produced locally in the tumor using an adenoviral vector able to ensure PCa-specific expression of the transgene. Our laboratory previously constructed such an adenovirus encoding the murine IL-12 (mIL-12) under the control of the PCa-specific promoter PCA3 and an amplification system called TSTA. This adenovirus, named Adv-PCA3-TSTA-mIL-12, was shown to reduce the growth of TRAMP-C2 prostate tumor in C57BL/6 mice. Here, we aimed to test a possible synergistic effect of the activation of OX40 to improve the response observed with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The murine OX40 (mOX40), along with its ligand (mOX40L), are immune checkpoints that belong to the Tumor Necrosis Factor superfamily. To achieve this goal, we proposed two approaches. In the first, we aimed to produce an Adv-PCA3-TSTA expressing mouse OX40L in order to use it in combination with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The Adv-PCA3-TSTA-mOX40L was constructed, but its capacity to induce mOX40L expression in TRAMP-C2 cells has not been confirmed yet. In the second, agonistic anti-mOX40 monoclonal antibody (mAb) would be administered in combination with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. To test this approach, TRAMP-C2 cells were implanted in mice and tumors were treated by injections of Adv-PCA3-TSTA-mIL-12 alone or in combination with injections of anti-mOX40 or anti-mPD-1 (as comparator) mAbs. Results showed no statistically significant synergistic effects of the addition of treatment with anti-mOX40 to Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The immune cells infiltrating tumors showed few significant changes, except for a decrease in CD8⁺+D-1+ cells in tumors treated with anti-mOX40 or anti-mPD-1 mAbs. The combination of OX40 stimulation with Adv-PCA3-TSTA-IL-12 appears to have no synergistic effect. We conclude by suggesting that more effective combinations should be looked for.