Le virus HTLV-1 (Human T-cell Leukemia Virus Type 1) est l’agent étiologique de la Leucémie T de l’adulte (ATL) qui est caractérisée par la prolifération de cellules T CD4+ activées. L’absence de modèle animal fiable reproduisant la leucémogénèse associée à l’infection a ralenti la compréhension des étapes précoces du processus leucémogène et le développement de stratégies thérapeutiques efficaces. Récemment l’amélioration des modèles de souris humanisées a permis la reconstitution d’un système immunitaire humain dans des souris. L’injection de cellules souches hématopoïétiques purifiées à partir de sang de cordon humain dans des souris nouveau-nées de la lignée Rag2-/-γc-/- conduit à la formation de novo de cellules dendritiques, B et T humaines. Ces dernières étant la cible de l’infection par HTLV-1, nous avons infecté des souris humanisées avec des cellules productrices de HTLV-1. Cette inoculation conduit à l’infection stable des cellules humaines dans la souris humanisée et la formation de lymphome ou de leucémie à cellules T humaines activées. Cette infection altère le développement des cellules T dans le thymus conduisant à un phénotype plus mature des thymocytes. Ce modèle animal reproduisant l’infection et la pathogénèse associée nous a permis de suivre l’évolution de la clonalité du virus au sein des différents organes lymphoïdes. Basées sur ces observations, des tests préliminaires ont permis d’étudier une nouvelle approche thérapeutique potentiellement applicable en clinique humaine. Ce travail nous a également permis d’affiner le protocole conduisant à l’humanisation des souris afin d’obtenir une meilleure reconstitution humaine dans ce modèle. / Human T-cell Leukemia Virus type 1 (HTLV-1) is the etiologic agent of the Adult T-cell Leukemia (ATL), an aggressive lymphoproliferation of activated CD4+ T cells. The lack of a reliable small animal model to reproduce in vivo the leukemogenic process associated with HTLV-1 infection has impaired the understanding of the early stages of this process as well as the discovery of effective therapeutic approaches. Recently, improvement in the models of humanized mouse models were achieved allowing the development of a human immune system in mice. Injection of human hematopoietic stem and progenitors cells purified from cord blood into Balb/c Rag2-/-γc-/- newborns allows the de novo production of human dendritic, B and T cells. We infected humanized mice with HTLV-1 producing cell lines resulting in infection of human cells within the mice and the development of lymphomas and leukemias. This infection also results in the alteration of the T-cell development within the thymus pushing the thymocytes toward a more mature phenotype. This small animal model recapitulating in vivo the HTLV-1 infection and its associated pathogenesis gave us the opportunity to study the evolution of the clonality of the virus among human cells in different lymphoid organs. Based on these observations, preliminary results on the use of a new therapeutic approach were obtained. We finally tried to adjust the humanization protocol in order to obtain better engraftment in this model.

La reconnaissance de l’implication du système immunitaire dans le cancer a guidé l’industrie vers de développement d’immunothérapies nombreuses et prometteuses. Or, à l’ère de l’immuno-oncologie, on constate un manque criant de modèles précliniques capables de simuler les interactions immunitaires entre un patient et sa tumeur. Pour remédier à cette situation, nous avons développé des modèles de souris humanisées combinant la reconstitution immunitaire de souris immunodéficiente et l’injection de lignées tumorales issues d’un même donneur. L’utilisation de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) a permis notamment le développement de multiples lignées tumorales à partir d’un seul donneur sain, facilitant ainsi l’accès aux cellules immunitaires nécessaires à l’humanisation des souris. La transformation des cellules primaires ou dérivées d’iPSC a été faite par la transduction lentivirale des proto-oncogènes de la télomérase (hTERT), de Ras oncogénique (HRASV12) et de la région précoce du viruse simen 40 (SV40ER) encodant les gros et petits antigènes T (LgT et SmT). Cette approche permis de générer des tumeurs de haut grade, agressives et peu différenciées à l’aide de fibroblastes primaires et de cellules hépatiques, de cellules souches neurales et d’astrocytes dérivés d’iPSC. Dans tous les cas, les tumeurs ainsi générées ont été efficacement reconnues, infiltrées et souvent rejetées par le système immunitaire autologue implanté. Le rejet partiel de la plupart de ces tumeurs ouvre toutefois la porte à l’évaluation préclinique d’immunothérapies diverses reposant sur les réactions immunitaires anti-tumorales de l’hôte. Par exemple, nous avons pu étudier l’impact d’un traitement d’inhibition du point de contrôle immunitaire PD-1 sur la croissance de tumeurs d’origine fibroblastique où une augmentation marquée du taux d’infiltration immunitaire humaine a été observé sans toutefois mener à une réduction significative du fardeau tumoral. Nous avons aussi pu produire, de façon autologue, des lymphocytes T exprimant un récepteur d’antigène chimérique (CAR) contre le ganglioside GD2, un antigène tumoral préalablement identifié et détecté sur les tumeurs de cellules souches neurales générées par notre approche. L’efficacité cytotoxique de ces CAR a ainsi pu être validée in vitro dans un système autologue. Finalement, nous avons utilisé le modèle de tumeurs fibroblastiques dans des contextes immunitaires autologues et allogéniques pour déterminer si le potentiel immunomodulateur des cellules stromales mésenchymateuses (MSC) pouvait affecter la croissance tumorale. Selon nos résultats, les MSC n’auraient aucun effet ni sur le taux d’émergence et de croissance tumoral, ni sur l’infiltrat immunitaire, suggérant que leur utilisation thérapeutique serait sécuritaire en ce qui concerne ce type de tumeurs ayant préalablement un microenvironnement tumoral immunosuppresseur. En somme, les modèles innovateurs décrits dans cette thèse visent à améliorer la qualité prédictive des modèles murins précliniques en immuno-oncologie en récapitulant certaines interactions immunitaires entre un patient et sa tumeur. La grande flexibilité de cette approche permettra d’adapter aisément le modèle aux problématiques d’intérêt, tant fondamentales que précliniques. / Identification of the human’s immune system implication in cancer has guided the biotech industry towards the development of numerous and promising cancer immunotherapies. However, in the era of immuno-oncology, a distinct lack preclinical models can simulate the interactions between a patient’s tumor and immune cells. To tackle this issue, we developed humanized mouse models combining immune reconstitution of immunodeficient mice and injection of tumor cells lines from the same human donor. The use of induced pluripotent stem cells (iPSC) allowed the generation of multiple tumorigenic cell lines from a single donor, facilitating access to autologous immune cells necessary for mouse immune humanization. The transformation of primary or iPSC-derived cell lines was done using lentiviral transduction of proto-oncogenes telomerase (hTERT), oncogenic Ras (HRASV12) and simian virus 40 early region (SV40ER) encoding large and small T antigens (LgT and SmT). This approach allowed to generate high grade, aggressive and undifferentiated tumors from primary fibroblasts and iPSC-derived hepatic cells, neural stem cells and astrocytes. In all cases, such tumors were efficiently recognized, infiltrated and often rejected by the implanted autologous immune system. However, partial rejection of most tumors allows for preclinical evaluation of targeted immunotherapies relying on the hosts’ pre-existing immune response. For instance, we could study the impact of PD-1 checkpoint blockade inhibition on tumor growth in fibroblastic tumors where a significant increase in tumor infiltration was observed, but without an associated decrease in tumor burden. We could also produce autologous chimeric antigen receptor (CAR)-expressing T lymphocytes against GD2 ganglioside, a previously described tumor antigen detected on our neural stem cell-derived tumor cells. Cytotoxic efficiency of these autologous CAR T cells could thus be validated in vitro. Finally, we used our fibroblast-derived tumor models in autologous and allogeneic settings to determine if mesenchymal stem cells’ (MSC) immunomodulatory potential could impact tumor growth. Our results showed that MSC had no effect neither on tumor emergence and growth nor on immune infiltration, suggesting therapeutic use of these cells should be safe regarding such tumors already harboring a strongly immunodeficient microenvironment. Overall, the novel models described in this thesis aim at improving the predictive capacity of mouse pre-clinical models in immuno-oncology by recapitulating some immune interactions between a patient and its tumor. The great flexibility of this approach will allow for easy adaptation to many research problematics both preclinical and fundamental.