Le traitement des leucémies myéloïdes et lymphoblastiques aiguës a connu des avancées importantes dans la dernière décennie. Malgré ces progrès, le taux de rechutes reste élevé et le besoin médical est réel. Ces leucémies sont caractérisées par une expression aberrante d’antigènes qui peuvent provenir de protéines mutées, mais aussi de séquences rapportées comme non codantes. Les réponses contre ces néoantigènes tumoraux « cryptiques » demeurent non caractérisées. Afin de définir l’existence d’un répertoire varié de récepteurs des lymphocytes T (TCR) qui reconnaitraient ces néoantigènes, des cellules mononuclées du sang périphérique de patients sains sont isolées puis enrichies en cellules T CD8+ naïves. L’expansion et l’activation de ces cellules sont ensuite réalisées avec des cellules dendritiques autologues chargées avec l’antigène d’intérêt puis triées à l’aide de multimères HLA-peptides spécifiques. L’ARN des cellules avec TCR spécifiques aux antigènes spécifiques des tumeurs (TSA) leucémiques est isolé afin de réaliser un séquençage du TCR-bêta. L’expansion cellulaire a été réalisée de façon suffisante pour effectuer le séquençage des cellules identifiées comme positives par le marquage avec dextramères. Une réponse T est obtenue pour 50% des néoantigènes testés avec une réactivité montrée par ELISpot et se traduisant par une sécrétion de cytokines inflammatoires. Des lymphocytes T spécifiques aux TSA d’intérêt sont donc présents dans le sang périphérique de donneurs sains. Le séquençage de ces cellules a permis d’identifier les clonotypes pour lesquels une réponse anti-leucémique forte est possible. Il serait intéressant d’utiliser ces clonotypes spécifiques aux tumeurs cryptiques dans le développement de nouveaux traitements d’immunothérapie adoptive. / The treatment of acute myeloid and lymphoblastic leukemia has seen significant advances in the past decade. Despite this progress, the relapse rate remains high and the medical need is real. These leukemias are characterized by an aberrant expression of antigens, some from mutated proteins but also from sequences of DNA that were reported as non-coding. Responses against these “cryptic” neoantigens remains uncharacterized. In order to verify whether a diverse repertoire of T cell receptors (TCR) does recognize these neoantigens, mononuclear cells from peripheral blood of healthy patients are isolated and enriched with naive CD8+ T cells. The expansion and activation of these cells are then carried out with autologous dendritic cells loaded with the antigen of interest and then sorted using HLA-peptide specific multimers. RNA from cells with TCR specific for leukemic tumor-specific antigens (TSA) is isolated in order to perform TCR-beta sequencing. Cell expansion was sufficient to perform the sequencing of cells identified as positive by staining with dextramers. A T-cell response is obtained for 50% of the neoantigens tested with reactivity shown by ELISpot and resulting in a secretion of inflammatory cytokines. T lymphocytes specific to the TSA of interest are therefore present in the peripheral blood of healthy donors. Sequencing of these cells made it possible to identify clonotypes for which a strong anti-leukemic response can be expected. It would be interesting to use these cryptic tumor-specific clonotypes in the development of new adoptive immunotherapy treatments.

Le carcinome séreux de haut grade (CSHG) est le sous-type histologique le plus courant du cancer de l'ovaire et demeure le cancer le plus meurtrier de l'appareil reproducteur féminin. Les récents progrès de l'immunothérapie contre le cancer ont mis en évidence un énorme potentiel thérapeutique pour les patientes confrontées à des besoins non satisfaits de soins de santé pour le traitement des CSHG. Une étape cruciale pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques consiste à identifier les antigènes spécifiques des tumeurs (TSA), c’est-à-dire des antigènes majeurs d'histocompatibilité de classe I présents à la surface des cellules cancéreuses mais absents des cellules normales. Ces TSA peuvent être reconnus par les cellules T et sont des éléments essentiels dans la conception de vaccins destinés à stimuler les réponses immunitaires anticancéreuses. Les travaux menés dans le cadre de mon programme de doctorat ont porté sur l'identification et la caractérisation des TSAs dans les CSHG. Les premières études sur les TSAs ont été dirigées uniquement vers l’identification de TSAs dérivés de mutations dans les régions codantes, menant à l’identification d’antigènes très rares et privés dans les CSHG. Dans notre première étude, nous avons analysé 23 échantillons de cancer de l'ovaire en utilisant une approche protéogénomique nous permettant d'étudier à la fois les régions génomiques codantes et non codantes. Ce faisant, nous avons identifié un total de 103 TSAs, dont 91 qui ne portaient pas de mutations et dérivaient de séquences présumées non-codantes. Nous appelons ces antigènes « TSAs exprimés de manière aberrante (aeTSAs) » puisqu’ils sont exprimés de manière aberrante dans les échantillons de cancer mais absents dans les tissus normaux. Contrairement aux TSAs mutés, qui sont davantage patient- spécifiques, l’ARN codant pour les aeTSAs est exprimé par plusieurs patientes atteints d’un CSHG, celles-ci exprimant individuellement une médiane de 5 aeTSAs. De par leur nombre élevé et du fait que leur expression soit partagée dans une large population de patientes atteints de CSHG, les aeTSAs représentent des cibles intéressantes pour l'immunothérapie du cancer. En raison de leur origine principalement non codante, la nature et la régulation des aeTSAs sont peu connues. Notre seconde étude a donc porté sur la régulation de la biogenèse des aeTSAs. L’analyse de données de séquençage de l'ARN de CSHG en cellule unique a montré une expression enrichie et spécifique des gènes sources des aeTSAs dans les cellules cancéreuses. Grâce à une analyse transcriptomique plus poussée, nous avons identifié de nouveaux transcrits récurrents codant pour les aeTSAs et avons déterminé que ces transcrits sont largement surexprimés dans les CSHG. De plus, nous avons déterminé que les aeTSAs issus d'événements de traduction non canonique sont codés préférentiellement par des cadres de lecture ouverts courts et générés à partir de régions près de l'extrémité C-terminale. Finalement, nos analyses sur l'accessibilité de la chromatine et les modifications des histones supportent l’hypothèse que les transcrits codant pour les aeTSAs ont recourt à des promoteurs alternatifs, ce qui suggère un rôle important de l'épigénome du cancer dans la genèse du paysage antigénique. Nos travaux représentent la première analyse complète des antigènes provenant des régions codantes et non codantes dans les tumeurs ovariennes. Nous avons pu dresser une liste exhaustive de cibles thérapeutiques potentielles et mieux comprendre leur biogenèse. Nos travaux portant sur la découverte et la caractérisation des aeTSAs favoriseront la conception de nouvelles immunothérapies ciblant ces antigènes et ce qui sera bénéfique pour un plus grand nombre de patientes atteintes de CSHG. / High-grade serous carcinoma (HGSC) is the most common histologic subtype of ovarian cancer and the most lethal cancer in the female reproductive system. Recent advances in cancer immunotherapy have highlighted enormous therapeutical potential for patients facing unmet clinical needs in HGSC treatment. A crucial step for developing new therapeutic strategies is identifying targetable tumor-specific antigens (TSAs), namely the major histocompatibility class I antigens presented on the cancer cell surface but absent from normal cells. These TSAs can be recognized by T cells and are essential elements in designing vaccines to stimulate anti-cancer immune responses. The goal of my Ph.D. thesis was to identify and characterize TSAs in HGSC. In early studies of TSAs, most groups focused solely on TSAs derived from mutations in coding regions, which reported very rare and private antigens in HGSCs. In our first study, we used a proteogenomic workflow that enabled us to survey both coding and noncoding sequences to analyse 23 ovarian cancer samples. We uncovered 103 TSAs, 91 of which were not mutated and derived mainly from allegedly noncoding sequences. We call these antigens aberrantly expressed TSAs (aeTSAs), for their lack of expression in normal tissues while being aberrantly expressed in cancer samples. Unlike the mutated TSAs unique to individual tumors, the aeTSAs have shared RNA expression in HGSC tumors, with an estimated median presentation of five per patient. Because of their number and shared expression in a large population, we consider aeTSAs attractive targets for immunotherapy. Due to their primarily noncoding origin, little is known about the nature and regulation of aeTSAs. In our second study, we explored the biogenesis of the aeTSAs. HGSC single-cell RNA sequencing data showed a malignant cell-specific/enriched expression of aeTSA source genes. Further transcriptomic profiling identified novel recurrent transcripts coding for aeTSAs and revealed broad overexpression of aeTSA-coding transcripts in HGSC. Moreover, we showed that aeTSAs derived from noncanonical translation events are coded preferably by short open reading frames and generated from regions close to the C-terminus. Our analysis of chromatin accessibility and histone modifications support a differential promoter activity for aeTSA-coding transcripts, suggesting an important role of cancer epigenome in shaping the antigen landscape. Our work is the first comprehensive analysis of ovarian tumor antigens derived from both coding and noncoding regions. We reported an extensive list of potential therapeutic targets and provided insights into their biogenesis. Our work on discovering and characterizing shared TSAs shall promote the design of new antigen-targeting immunotherapy that benefits more HGSC patients.

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