Les interactions neuro-immunitaires entre les systèmes sensoriels et immunitaires ont été abondamment étudiées; cependant, leur rôle dans la régulation des cancers est encore mal connu. Les interactions croisées entre les cytokines, les facteurs de croissance et les neuropeptides peuvent promouvoir la progression des tumeurs. Les neuropeptides libérés par les nocicepteurs peuvent affecter la polarisation, la chimiotaxie et l'activité du système immunitaire acquis. Étant donné que les neurones sensoriels libèrent localement des neuropeptides qui modulent l'activité des lymphocytes, nous faisons l'hypothèse que les nocicepteurs sécrètent des neuropeptides qui induisent l'épuisement des cellules T CD8 et la croissance tumorale. L’épuisement des lymphocytes T CD8 est un phénomène observé dans le cadre d’infections chroniques et de cancers. Elle est définie comme une perte de la fonction effectrice des lymphocytes T CD8 (diminution de la production d'IFN-γ, de TNF-α et d'IL-2) ainsi qu'une expression élevée de récepteurs inhibiteurs tels que PD-1 (protéine 1 de mort cellulaire programmée), LAG-3 (gène 3 d'activation des lymphocytes) et TIM-3 (protéine 3 d'immunoglobuline des lymphocytes T et de contenant du domaine mucine). Nous avons utilisé le modèle murin de mélanome pour tester cette hypothèse et avons observé que les cellules malignes de cancer de la peau B16F10 interagissent avec les nocicepteurs pour promouvoir la croissance des neurites, la sensibilité aux ligands activateurs et la libération de neuropeptides. En conséquence, le peptide lié au gène de la calcitonine (CGRP), qui est libéré par les nocicepteurs, augmente directement l'épuisement des cellules T CD8 et réduit leur capacité à éliminer les cellules du mélanome. L'ablation génétique des neurones sensoriels, leur inhibition pharmacologique ou le blocage du récepteur au CGRP (RAMP1) suffisent à limiter l'épuisement des lymphocytes infiltrés dans la tumeur et la croissance tumorale. De plus, l'injection de CGRP recombinant dans des souris dépourvues de neurones sensoriels réduit l'épuisement des cellules T CD8. Les cellules T CD8 RAMP1-/- montrent aussi moins d'épuisement que leurs homologues sauvages lorsqu'elles sont co-transplantées dans des souris immunodéficientes Rag1-/- portant une tumeur. En résumé, réduire la libération de CGRP en bloquant localement les nocicepteurs associés à la tumeur limite les effets immunomodulateurs de CGRP sur les cellules T cytotoxiques CD8 et représente une stratégie d'intérêt pour protéger l'immunité antitumorale. / Neuroimmune crosstalk between the nervous and the immune systems has been widely studied; however, their modulating roles are largely unknown in cancer. Bilateral interactions of cytokines, growth factors and neuropeptides may support tumor progression. Nociceptor-released neuropeptides can affect polarization, chemotaxis and adaptive immune system activity. Since sensory neurons locally release neuropeptides that modulate the activities of lymphocytes, we hypothesized that nociceptors might secrete neuropeptides leading to CD8+ T-cell exhaustion and tumor growth. CD8 T cell exhaustion is a phenomenon observed in the context of chronic infections and cancer. It is defined as loss of effector function of CD8 T cells (decreasing the production of IFN-γ, TNF-α, and IL-2) as well as high expression of inhibitory receptors such as PD-1 (programmed cell death protein 1), LAG-3 (lymphocyte-activation gene 3), and TIM-3 (T-cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 3). We used the mouse model of melanoma cancer to test this hypothesis and found that malignant B16F10 skin cancer cells interacted with nociceptors to expand neurite outgrowth, responsiveness to noxious ligands, and neuropeptide release. Consecutively, neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP), which is released by nociceptors, directly increased the exhaustion of cytotoxic CD8+ T cells and reduced their ability to eliminate melanoma cells. Genetic ablation of sensory neurons, local pharmacological silencing, and antagonism of the CGRP receptor (RAMP1) were all able to limit the exhaustion of tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) and tumor growth. Moreover, treatment with recombinant CGRP in sensory neuron- depleted mice reduced the exhaustion of CD8+ T cells. Compared with wild-type cells, RAMP1-/- CD8+ T cells were rescued to go under exhaustion when co-transplanted into tumor-bearing Rag1-/- deficient mice. In summary, reducing CGRP release by local silencing of tumor-associated nociceptors, limits the immunomodulatory effects of CGRP on cytotoxic CD8+ T cells and represents an ideal strategy to protect anti-tumor immunity.

T cells chronically stimulated by their antigen often become dysfunctional and lose effector functions and proliferative capacity. This state of unresponsiveness is referred as T cell exhaustion. In order to investigate this, we developed a laboratory model, which allowed us to stimulate chronically in vivo a monoclonal population of CD4+ T cells. This model is based on the adoptive transfer of TCR transgenic CD4+ T cells specific for the male mHAg into male recipient mice. We found that systemic exposure to the male antigen modified deeply anti-male TcR-transgenic CD4+ T cells, plunging them into a state of functional unresponsiveness. Microarray analysis revealed that, in comparison with naive T cells, transferred T cells displayed a gene expression profile very similar to that of virus-specific exhausted CD8+ T cells. Moreover, like exhausted CD8+ T cells, exhausted CD4+ T cells lost their capacity to secrete IFN-ã as well as to proliferate in response to antigen stimulation, and T cell unresponsiveness was controlled by the engagement of programmed death receptor 1 (PD-1) present at the surface of T cells. <p>MicroRNAs are key molecules in shaping T cell function. In order to explore the possibility that chronic antigenic stimulation could shape the pool of microRNAs in exhausted anti-male CD4+ T cells that would account for specific changes in protein synthesis, we compared by microarray analysis the specific expression of microRNAs in naive CD4+ T cells and exhausted CD4+ T cells. Ninety five of them were found differentially expressed, among which, microRNA-155 (miR-155) displayed one of the highest changes. To identify the importance of miR-155 in T cell exhaustion, we analyzed miR-155-deficient CD4+ T cells after chronic exposure to systemic antigen. We found that, chronically-stimulated miR-155-/- CD4+ T cells were retained in a deeper state of unresponsiveness than miR-155+/+ CD4+ T cells. Furthermore, inhibition of PD-1/PD-L1 interaction did not promote antigen-dependent expansion of miR-155-deficient CD4+ T cells, nor did it stimulate T cell inflammation of several organs, contrary to what was observed in mice that received miR-155-sufficient CD4+ T cells. Thus, our observations demonstrated that miR-155 deficiency played a dominant role over PD-1-mediated inhibition of T cells and that miR-155 was required for restoring function in exhausted CD4+ T cells.<p>Next, we explored the mechanism by which exhausted miR-155-/- CD4+ T cells were kept in a deeper unresponsiveness state than miR-155+/+ counterparts. By comparative microarray analysis of gene expression between exhausted miR-155+/+ CD4+ T cells and miR-155-/- CD4+ T cells, heme oxygenase 1 (HO-1) was identified as a specific target of miR-155. Finally, inhibition of HO-1 activity restored the capacity of exhausted miR-155-/- CD4+ T cells to promote autoimmune inflammation in adoptively-transferred recipients. <p>Taken together, our study identified miR-155-mediated regulation of protein expression as a critical factor for restoring function in exhausted CD4+ T cells. Our results also present regulation of HO-1 expression in T cells as one of the mechanisms by which miR-155 promote T cell-driven inflammation. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Tuberculosis (TB), a transmissible disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb), is a global health threat. To design an effective vaccine, we need to better understand how different elements of our immune system collaborate to fight against Mtb. CD4 T cells are crucial in protective immunity to Mtb because they produce cytokines including interferon-γ. In contrast, CD8 T cells are thought to play a modest role. Whether CD4 T cells act as “helper” cells to promote optimal CD8 T cell responses during TB is unknown. We argue CD8 T cells’ role are likely underestimated because CD8 T cell functions are compromised without CD4 T cells. Here, using two independent models, I show that CD4 T cell help promotes CD8 T cell effector functions and prevents CD8 T cell exhaustion. I demonstrate CD4 and CD8 T cells synergistically enhance the survival of infected mice. Purified helped, but not helpless, CD8 T cells effectively restrict intracellular Mtb growth. Thus, CD4 T cell help is indispensable for generating protective CD8 T cell responses. In addition, I investigate the mechanisms of CD4 T cell help. Signals from CD4 T cells, and signals relayed by antigen presenting cells collectively shape CD8 T cell responses. We infer that vaccines aimed for eliciting both CD4 and CD8 T cells, in which CD8 T cells are properly helped by CD4 T cells, are more likely to be successful.

Le virus de l'hépatite C (VHC) établit généralement une infection chronique. Néanmoins, environ 20% des sujets vont résoudre spontanément l’infection. Il existe des preuves solides que les cellules T CD8 sont essentielles au contrôle du VHC. Dans la première partie de ma thèse, nous avons identifié un nouveau marqueur de la dysfonction des lymphocytes T, CD39, comme étant régulé positivement au cours de l'infection chronique par le VHC, le VIH et dans un modèle d’infection chronique par LCMV. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé une approche d'analyse intégrative pour étudier la régulation transcriptionnelle des cellules T CD8 au cours de la phase aiguë de l'infection par le VHC. Nous avons identifié des changements précoces dans la régulation transcriptionelle d’importantes fonctions effectrices, de voies métaboliques et du nucléosome par les cellules T CD8 des patients souffrant d'une infection persistante. Certains de ces changements corrèlent avec l’absence des cellules T CD4 spécifiques du VHC et sont associés avec l’âge et le sexe du sujet infecté. Nos résultats suggèrent que la dysfonction des lymphocytes T CD8 au cours de l'infection par le VHC est liée à des événements précoces dans la régulation des gènes, non seulement amplifiés par une inflammation chronique et une absence des cellules T CD4 auxiliaires, mais qui pourraient également être influencés par des facteurs de l’hôte tels que l’âge et le sexe. / Infection with Hepatitis C virus typically establishes chronic infection, but about 20% of subjects clear HCV spontaneously. There is strong evidence that functional CD8 T cells are critical for HCV control. In the first part of my thesis we identified a new marker for exhausted T cells, CD39, that we showed to be upregulated in chronic HCV infection, progressive HIV infection and in chronic infection with LCMV. In the second part we used an integrative analysis approach to study transcriptional regulation of CD8 T cells in the acute phase of HCV infection with different outcomes. We found early transcriptional changes in key immune effector pathways as well as metabolic and nucleosomal processes in CD8 T cells from patients with persistent infection. Some of these changes track with a lack of HCV-specific CD4 T cells exhibit associations with subject age and sex. Our findings suggest that CD8 T cell exhaustion in HCV infection is linked to early gene regulatory events that are not only amplified by chronic inflammation and a lack of CD4 help, but might also be influenced by disease-relevant host factors such as patient age and sex.

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Les infections virales peuvent demeurer latentes pendant plusieurs décennies et se réactiver pendant des périodes d’immunosuppression. Les receveurs de greffes hématopoïétiques sont particulièrement susceptibles compte tenu de l’immunosuppression importante qui est nécessaire pour prévenir le rejet ou la maladie du greffon contre l’hôte, souvent pendant des périodes prolongées. La plupart de ces infections ne peuvent pas être traitées avec des médicaments antiviraux, et lorsque c’est possible, les traitements peuvent amener de la résistance. L’injection de cellules T spécifiques contre les virus provenant de donneurs sains est un traitement efficace pour traiter ces infections virales potentiellement mortelles ou les cancers qu’elles causent. Cependant, la persistance de ces cellules est limitée en partie par la stimulation antigénique chronique qui cause l’épuisement des cellules T. En éliminant les membres de la famille de récepteurs orphelins NR4A, qui favorisent l’épuisement et limitent la différenciation en cellules mémoires durables, notre but est de rendre ces cellules transférées plus persistantes et efficaces. Nos données à ce jour montrent que l’élimination du récepteur NR4A3 n’ altère pas la différenciation mémoire ni la production de cytokines effectrices. Cependant, l’absence de NR4A3tend à amener une diminution le l’expression du marqueur d’épuisement Tim-3, ce qui suggère que l’on peut prévenir l’épuisement et ainsi améliorer les thérapies cellulaires en ciblant les membres de la famille des récepteurs NR4A. / Viral infections can lay dormant for decades only to reactivate in periods of immune suppression. Transplant recipients are particularly susceptible to these infections as they require intensive immunosuppression to prevent rejection or graft-versus-host-disease, often for the rest of their life. Most of these infections cannot be treated with currently available antiviral medications and those that do can develop resistance. Virus-specific T cells (VSTs) are a treatment that uses expanded T cells to treat these infections by infusing donor cells into patients with life-threatening viral infections and cancers. However, these cells have a limited lifespan in part due to chronic antigen stimulation causing T cell exhaustion and lack of persistence. By knocking out members of the NR4A family of orphan receptors, which favour exhaustion and limit differentiation into long-lasting memory cells, we aim to make these transferred cells more persistent and effective. NR4A3 knockout did not alter memory differentiation or effector cytokine production but did result in a trend towards decreased expression of the exhaustion marker Tim-3, which indicates that targeting members of this family may improve clinically translatable cellular therapies.

Le carcinome séreux de haut grade (CSHG) est le sous-type de cancer de l'ovaire le plus agressif et mortel. Alors qu'une meilleure survie globale des patientes soit associée à une infiltration lymphocytaire, l'immunothérapie par blocage des points de contrôle immunitaires a obtenu des résultats limités, témoignant ainsi l'importance de comprendre le fonctionnement du système immunitaire au sein de ces tumeurs malignes. L’immunologie des tumeurs intègre des cellules immunitaires innées et adaptatives et utilise des médiateurs inflammatoires pour ajuster finement l'ampleur et la durée de la réponse immunitaire. Ainsi, cette thèse a pour objectif de définir l'hétérogénéité des cellules immunitaires intratumorales et périphériques chez les patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire mais aussi à explorer les mécanismes de la réponse immunitaire. En combinant des techniques de biologie computationnelle et de séquençage de l'ARN à cellule unique nous avons pu identifier les différents composants du système immunitaire des patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire mais aussi valider nos résultats dans une plus large cohorte associant d'autres types de cancer. Dans un premier temps, nous avons étudié l'un des médiateurs de l'inflammation, la voie de signalisation extracellulaire de l'adénosine. Nous avons évalué l'impact de cette voie de signalisation sur la survie des patientes atteintes de CSHG et identifié les cellules du microenvironnement tumoral participant au fonctionnement de cette voie. Ensuite, nous avons concentré notre étude sur la dynamique des lymphocytes T et identifié leurs états cellulaires associés, déduit leur relation développementale et étudié les changements transcriptionnels déclenchés par les interactions entre les cellules dans le microenvironnement immunitaire tumoral. Nous avons démontré que les cellules de type Tfh produisent le médiateur 7α,25 dihydroxycholestérol (7α,25-HC) décrit comme régulant le positionnement des cellules immunitaires dans les organes lymphoïdes secondaires. Ainsi, notre étude suggère que les cellules de type Tfh utilise ce mécanisme pour recruter des lymphocytes T CD8 pré-effecteurs/prédysfonctionnels et des cellules dendritiques plasmacytoïdes dans les tumeurs. Finalement, nos résultats indiquent que les cellules de type Tfh exprimant l'interleukine-21 aident à promouvoir l'immunité antitumorale contre les tumeurs ovariennes en coordonnant l'action des lymphocytes et des cellules dendritiques plasmacytoïdes sensibles au 7α,25-HC. En conclusion, nos travaux de recherche ont permis d’identifier des vulnérabilités dans le microenvironnement immunitaire tumoral pouvant être ciblées dans la thérapie contre le CSHG. / High-grade serous ovarian carcinoma (HGSOC) is the most aggressive and lethal subtype of ovarian cancer. Although better overall survival is associated with lymphocytic infiltration, immunotherapy by immune checkpoint blockades achieved modest results, reinforcing the importance of understanding immunity in this malignancy. Cancer immunity integrates innate and adaptive immune cells and makes use of inflammatory mediators to finely tune the magnitude and duration of the immune response. This thesis aims to reveal the heterogeneity of intratumoral and peripheral immune cells in ovarian cancer patients and explore the mechanisms of the immune response. For this purpose, we have used the high-resolution technology of single-cell RNAsequencing and computational biology to immune profile HGSOC patients. Firstly, we explored one of the mediators of inflammation, the immunosuppressive extracellular adenosine (eADO). The ectonucleotidases CD73 and CD39 regulate the eADO signaling pathway, and their expression is prognostic in several cancer types. Since their role in HGSOC was yet largely unexplored, we hypothesized that a transcriptomic meta-analysis of eADO signaling pathway would provide the clinical impact of the pathway in this malignancy. We analyzed the transcriptome of approximately 1200 HGSOC patients to evaluate the effect of CD39 and CD73 on clinical outcomes. While high expression of both ectonucleotidases was associated with worse overall survival in HGSOC, only CD39 was associated with chemoresistance, supporting the evaluation of eADO-targeting agents in HGSOC. Subsequently, we investigated T cell dynamics. Because T cell clones expanded in both tumor and peripheral tissue associated with response to ICB, we hypothesized that the tumor immune microenvironment (TIME) modulates their function and, therefore, analysis of cell-cell interaction would identify the cells participating in this process. Thus, we identified T cell states, inferred their developmental relationship, and studied transcriptional changes triggered by cellcell interactions in the TIME. We demonstrated that exhausted CD8 T cells highly expressed the chemokines CCL4 and XCL1, previously described in the priming of CD8 T cells in secondary lymphoid organs (SLOs). Finally, we proposed that the lipid mediator 7α,25 dihydroxycholesterol (7α,25-HC), only described in SLOs, may also modulate cell-cell interactions in the tumor immune microenvironment. Collectively, our studies propose strategies to modulate TIME in HGSOC targeting the adenosine pathway and oxysterols metabolites.