Afin d’améliorer au mieux le greffon placentaire, nous suggérons de réaliser sa culture d’expansion ex vivo dans des conditions proches de l’environnement des cellules souches hématopoïétiques in vivo. Ainsi, nous proposons que la co-culture de cellules CD34+ placentaires avec des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) à basses concentrations d’O2 (BC-O2) pourrait contribuer à équilibrer les processus d’autorenouvellement et de différenciation afin d’obtenir un greffon optimisé. Sur le plan fonctionnel, nos résultats confirment un effet bénéfique de notre modèle expérimental par rapport aux conditions où figure la culture simple et/ou l’oxygénation atmosphérique (20%) en termes du maintien de progéniteurs (PH) primitifs (pré-CFC) et de cellules souches Scid-Repopulating Cells (SRC). Sur le plan quantitatif, l’amplification des cellules CD34+ et des PH engagés, bien qu’elle soit en retrait dans nos conditions de référence par rapport à la condition de 20% d’O2, elle demeure néanmoins importante. Par ailleurs, le rôle de l’IL-3 exogène se montre crucial à BC-O2 notamment en co-culture à 1,5% d’O2 où elle permet non seulement de préserver mais aussi d’amplifier le taux de SRC par rapport au témoin de cellules CD34+ de J0. Enfin, l’étude de la sécrétion des facteurs solubles et l’expression des marqueurs phénotypiques sur les CSM montre que l’IL-6, le VEGF et l’IL-8 sont plus sécrétés et les CD146, CD49a, CD54, CD200 et CD105 sont plus exprimés après incubation à 5% d’O2. Cependant, l’implication réelle de ces facteurs et antigènes dans l’effet paracrine et/ou de contact cellulaire direct menés par les CSM dans notre protocole requiert de nouvelles investigations / To optimize at best the hematopoietic engraftment, we suggest in this work to improve the ex vivo expansion conditions by moving them closer to physiology. Indeed, we propose to culture placental CD34+ (HSC/PH) on MSC layer in combination with LO2-C to ensure the amplification of HP together with the maintenance/expansion of HSC. Compared to the single culture and/or atmospheric oxygenation, our experimental model allows a better maintenance of primitive HP (Pre-CFC) and HSC together with a quite good amplification of total cells, CD34+ cells and committed HP despite of lower than control condition. Moreover, exogenous IL-3 shows crucial effect in co-culture at LO2-C (1.5% O2) since its addition better preserves and even increases the number of HSC compared to the CD34+ cells control from D0. We then studied the secretion of soluble factors in culture supernatants and found that IL-6, VEGF and IL-8 were present in larger quantities at LO2-C in both co-culture and MSC culture. Finally, the CD146, CD49a, CD54, CD200 and CD105 membrane antigens appear to be up-regulated in MSCs when incubated at 5% O2. However, the involvement of these factors and antigens in paracrine effect and/or direct cell to cell contact mechanisms at LO2-C requires further investigations. In conclusion, the combination of LO2-C and MSC would be promising in the field of HSC/PH grafts expansion to achieve its main objective of reducing the post-transplant cytopenia period together with maintaining the long-term graft potential

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.

La FAK est une tyrosine kinase cytoplasmique qui régule divers processus cellulaires, dont la survie, la prolifération, la différenciation et la motilité. Bien que diverses études aient démontré l'importance du FAK dans la pathogenèse du SMD et de la LAM, le rôle de cette molécule dans le microenvironnement des tumeurs du SMD et de la LAM reste à déterminer davantage. En examinant les CSM de la moelle osseuse qui dérivent de patients atteints de SMD et de LAM, nous avons observé une augmentation continue de l'expression et de l'activation de la FAK pendant la progression du SMD vers de la LAM, semblable à celle observée chez les patients hémopoïétiques. Dans le SMD à faible risque, on a constaté que les CSM se caractérisaient par une faible expression et une faible activation du FAK. Ils présentaient une morphologie modifiée, un immunophénotype, une différenciation et l'expression de facteurs favorables à l'hématopoïèse. Il convient de noter que ces caractéristiques pourraient être largement reproduites dans les CSM saines par inhibition FAK. De plus, l'appauvrissement en FAK dans la lignée cellulaire stromale pourrait induire une expansion massive et l'apoptose des CSH normaux. Nos résultats mettent en évidence le rôle crucial du FAK dans le maintien des fonctions des CSM et fournissent la preuve que la dysrégulation du FAK dans les CSM contribue à la perturbation de l'hématopoïèse et éventuellement à la progression des tumeurs malignes myéloïdes. Une meilleure compréhension du rôle que joue le microenvironnement du SMD et de la LAM permettra de mieux reconnaître les patients à faible risque et de mettre au point des traitements ciblant les CSM défectueuses, améliorant ainsi le résultat clinique / FAK is a cytoplasmic tyrosine kinase that regulates diverse cellular processes, including survival, proliferation, differentiation, and motility. Though various studies have demonstrated the importance of FAK in MDS and AML pathogenesis, the role of this molecule in MDS and AML tumor microenvironment remained to be further determined. By examining BM MSCs derived from MDS and AML patients, we have observed a continues increase of FAK expression and activation during MDS progression to AML, similar to those detected in hemopoietic counterparts. In LR-MDS, MSCs were found to be characterized by low FAK expression and activation. They exhibited altered morphology, immunophenotype, differentiation, and expression of hematopoiesis-supporting factors. Of note, these features could be largely reproduced in normal MSCs by FAK inhibition. Furthermore, FAK depletion in BM stromal cell line could induce massive expansion and apoptosis of normal HSPCs. Our results highlight a critical role of FAK in maintaining the functions of BM MSCs and provide evidence that dysregulation of FAK in MSCs contribute to the disturbed hematopoiesis and possibly the progression of myeloid malignancies. A greater understanding of the role that BM microenvironment plays in MDS and AML will enable an increased recognition of poor-risk patients and the development of therapies that target the defected MSCs, thereby improving the clinical outcome

La transplantation rénale, thérapie de choix de l'insuffisance rénale chronique terminale, est limitée par une pénurie d'organes. Les greffons issus de donneurs décédés par arrêt cardiaque (DDAC) peuvent contribuer à pallier à cette pénurie au prix de stratégies thérapeutiques visant à améliorer l'issue de la transplantation. Les cellules souches mésenchymateuses (MSC) de l'organisme adulte ont des propriétés de sécrétion, d'immunomodulation et de différenciation intéressantes dans ce contexte.L'objectif de ce travail est d'évaluer, dans un modèle pré-clinique porcin de DDAC, le potentiel thérapeutique de deux populations cellulaires d'intérêt : les MSC issues du liquide amniotique (AFSC) et les cellules de la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux (SVF). Les AFSC porcines injectées dans l'artère rénale 7 jours post-greffe, en raison de leur sensibilité à une séquence d'hypoxie réoxygénation (HR) in vitro, accélèrent la reprise de fonction et réduisent l'extension des lésions chroniques du greffon et sont détectées dans le rein 24h après injection. La SVF porcine, phénotypiquement proche de celle de l'Homme, est moins sensible à cette séquence d'HR et peut être injectée dans l'artère du greffon à sa reperfusion sans perturbation du flux sanguin rénal, avec une rétention des cellules dans le rein 24h post injection.Ce travail met en évidence le rôle bénéfique des AFSC dans la réparation des lésions ischémie-reperfusion des greffons issus des DDAC, ainsi que la faisabilité de l'injection de la SVF dans l'artère rénale après transplantation, et ouvre des pistes pour l'optimisation les protocoles d'administration de produits de thérapie cellulaire en transplantation. / Kidney transplantation is the best therapeutic option for end stage chronic kidney failure, but is limited by transplant shortage. Use of transplants from deceased after cardiac death donors (DCD) could represent an additional graft source, but there is a need for developing new therapeutic approaches like cell therapy to increase their recovery. Mesenchymal stem cells (MSC) potentially extracted from many adult tissues have interesting paracrine, immune-modulating, and differentiation properties in this context. This work aims to assess, in a preclinical porcine model DCD donor, the therapeutic potential of two cell populations of interest: amniotic fluid derived MSC (AFSC) and cells from stromal vascular fraction of adipose tissue (SVF). Delayed injection of AFSC 7 days following kidney transplantation because of their sensitivity to a specific Hypoxia Reoxygenation (HR) sequence in vitro, accelerates graft function recovery and limits chronic injuries to the transplanted organ. Cells are detectable into the transplanted kidney 24h after injection. Porcine SVF is phenotypically similar to human. Injected in renal artery simultaneously with organ reperfusion because of its resistance to the HR sequence, porcine SVF does not disturb renal blood flow and allow cell-retention within the organ 24h after injection. This work highlights the protective effect of AFSC against ischemia reperfusion lesions in grafts from DCD donors and the feasibility of SVF injection directly into the renal artery of the graft following kidney transplantation in DCD conditions. Moreover it opens new lines for optimizing injection protocols of cellular products in kidney transplantation.