De récents essais cliniques ont montré les bénéfices thérapeutiques des nouvelles immunothérapies (Sipoleucel T pour le cancer de la prostate…). Mais jusqu’ici la majorité des essais cliniques de vaccins contre le cancer n’ont montré que de faibles effets sur les patients, ce qui contraste avec les résultats obtenus dans les modèles pré cliniques. Ceux-ci, comprennent la greffe sous cutanée de cellules tumorales ce qui ne mime pas la vrai localisation anatomique de la lésion tumorale. De plus, dans la plupart des cas les vaccins anti-cancéreux sont administrés par voie systémique et induisent une réponse antitumorale avec un effet thérapeutique au niveau du compartiment systémique. La réponse antitumorale induite par ces vaccins au niveau du microenvironnement tumoral et ses effets antitumoraux sur des modèles orthotopiques n’ont jamais été décrits sur des modèles pré cliniques. Comme la majorité des tumeurs humaines se développe dans des localisations muqueuses, nous avons étudié l’effet de la voie d’immunisation dans l’induction des réponses antitumorales au niveau du site anatomique de la tumeur en comparant l’induction de LT CD8+ spécifiques de l’antigène tumoral après une vaccination par voie systémique (intramusculaire) ou muqueuse (intranasale). Cette stratégie de vaccination repose sur l’utilisation d’un vecteur non réplicatif qui cible les antigènes in vivo aux cellules dendritiques et qui a été développé au sein de notre unité. Il s’agit de la sous unité B de la toxine de Shiga (STxB) associée à un antigène tumoral (protéine E7 de l’HPV16) nous avons également analysé l’effet antitumoral de cette vaccination sur deux modèles de tumeurs orthotopiques à localisations ORL et pulmonaires exprimant l’antigène E7. Nous avons montré que la vaccination i.n. induisait une plus forte réponse LT-CD8+ spécifique et des effets antitumoraux au niveau des localisations muqueuses que la vaccination par voie systémique, et que cette immunisation par voie i.n. induisait un phénotype particulier sur ces LT-CD8+ spécifiques et en particulier une augmentation de l’expression des intégrines CD103 et CD49a en opposition à la voie systémique. L’inhibition de CD49a réduit l’effet thérapeutique de la vaccination par voie i.n. et le nombre de LT-CD8+ infiltrant les tumeurs orthotopiques. Nos résultats montrent que la réponse LT-CD8+ systémique ne sert pas comme marqueur prédictif de la qualité de la réponse immunitaire antitumorale au niveau local. Nos observations mettent en évidence l’existence d’une compartimentalisation de la réponse muqueuse antitumorale, une découverte capitale pour le développement rationnel des vaccins anti cancer / Recent clinical trials have shown the therapeutic benefits of new promising immunotherapies (Sipoleucel T for prostate cancer, Ipilimumab in melanoma…). But by far, the majority of cancer vaccine clinical trials have shown modest clinical effects on cancer patients, contrasting with results found in preclinical models. Those preclinical models of cancer rely on subcutaneous grafts of tumor cells which do not mimic the true anatomic location of tumor lesions. In addition, in most cases cancer vaccines are administrated by systemic route, eliciting systemic antitumor responses and therapeutic effects. The antitumor response elicited by those vaccine strategies at the local environment of tumor location and their antitumor effect on orthotopic tumor models has not yet been addressed in preclinical cancer models. Since the majority of human tumors develop at mucosal surfaces, we addressed the question of the effect of the immunization route in the induction of local mucosal antitumor CD8+T cell responses by comparing a systemic intramuscular (i.m.) and intranasal (i.n.) route of administration of cancer vaccine. This vaccine consists of a non-replicative vaccine strategy that targets tumor antigen in vivo to dendritic cells developed at our laboratory and composed of the B subunit of the Shiga toxin (STxB) associated to a tumor antigen (E7 protein of HPV16). We also analyzed the antitumor effect of these vaccinations on two mucosal orthotopic tumor models of head and neck and lung cancer expressing the E7 antigen. We found that intranasal vaccination induced stronger specific CD8+T cell responses and antitumor effects at mucosal sites than systemic immunization, and, that mucosal vaccination induced a mucosal imprinting phenotype on mucosal derived antigen specific T cells as they expressed the mucosal integrins CD103 and CD49a, as opposed to systemic specific CD8+T cells or tumor infiltrating T cells in subcutaneous tumors. Inhibition of CD49a reduced the antitumor efficacy of the nasal vaccine and the number of tumor infiltrating CD8+T cells on orthotopic mucosal tumors. Our results showed that systemic antigen-specific T cell responses as typically assessed did not predict the quality of local mucosal immune response. Our observations provide direct evidence for the compartmentalization of mucosal tumor immunity, a critical finding for the rational design of better cancer vaccines

Les cancers des voies aéro-digestives supérieures, liés à la consommation d'alcool et de tabac mais également à l'HPV-16, ont un pronostic médiocre malgré les traitements actuels. Le développement de nouvelles stratégies innovantes dans des modèles précliniques adaptés est ainsi nécessaire. Nous avons préalablement développé une stratégie vaccinale ADN permettant l'auto-assemblage in vivo de pseudo-particules virales non infectieuses exprimant l'oncoprotéine E7 de l'HPV-16 (pVLP-E7). Nous avons notamment montré que l'injection de pVLP-E7 en intradermique (ID) était capable d'induire de bonnes réponses anti-tumorales dans un modèle murin de cancer obtenu en injectant dans le flanc des cellules d'une lignée exprimant les antigènes E6 et E7 de l'HPV-16, mais qu'il était nécessaire d'ajouter des adjuvants de types agoniste de TLR 7 et 9 dans des tumeurs avancées. Afin de tester de nouvelles voies vaccinales dans un modèle pertinent, nous avons développé un modèle orthotopique intrabuccal présentant des caractéristiques anatomiques et inflammatoires plus proches des cancers observés chez l'homme que le modèle ectopique. Dans ce modèle, nous avons testé une voie vaccinale muqueuse intrajugale qui a montré de meilleures réponses T CD8+ spécifiques en comparaison à la voie ID. Nous avons montré que ce type de vaccination en association à des adjuvants, était efficace dans des tumeurs établies, en lien avec une infiltration intratumorale et ganglionnaire de lymphocytes T CD8+ spécifique, permettant également une protection lors de rechallenge tumoral. Cette stratégie apparaît donc prometteuse dans le traitement de ces cancers fréquemment récidivants. / Head and neck squamous cell cancer (HNSCC) associated with alcohol and tobacco consumption, and recently with human papillomavirus-16 (HPV-16), have bad prognosis despite current therapies. Development of innovative vaccine strategies and adequate pre-clinical tumor models are required to better evaluate HNSCCs. We developed a DNA vaccination that creates non-infectious virus-like particles, which express HPV-16 E7 oncoprotein (pVLP-E7). Results showed that pVLP-E7 induced an E7-specific immune response in vivo and in vitro. Moreover, using an ectopic model of HNSCC that expresses E6/E7 (TC-1), we found that pVLP-E7 intradermic (ID) immunizations induced anti-tumoral responses at early stages. For larger established tumors, pVLP-E7 vaccines were only efficient when administered with TLR-7 and TLR-9 agonists. In an orthotopic model that shares anatomical and inflammatory features with human HNSCC we observed that intra-cheek (IC) infusion of either TC-1 or NR-S1 cells into mice elicited higher numbers of inflammatory infiltrates in the tumor compared to ectopic models. Using this orthotopic IC model, we found that mucosal IC pVLP-E7 vaccination elicited better vaccine-specific CD8+ T-cell responses than ID administration in naive and tumor-bearing mice. Furthermore, pVLP-E7 IC immunizations in combination with TLR agonists led to rejection of established tumors and long-term protection, both of which were associated with E7-specific CD8+ T cell infiltration in tumors and lymph nodes. Our findings demonstrate that pVLP-E7 IC vaccination with adjuvants is efficient against these tumor models and together provides a valuable therapeutic strategy for HNSCCs.

La tuberculose (TB), maladie pulmonaire causée par le Mycobacterium tuberculosis (Mtb), reste la première cause de mortalité par un agent infectieux. La TB est responsable de près de 1,7 million de morts et de 10,4 millions de nouveaux cas par an dans le monde. L’émergence et la propagation de souches bactériennes multi-résistantes aux antibiotiques (MDR) représentent une menace majeure grandissante et reflètent l’efficacité partielle des thérapies actuelles. Le traitement des patients atteints de TB-MDR est constitué actuellement de combinaisons d’antibiotiques, souvent toxiques, administrés pendant une longue durée, avec une efficacité limitée. Il existe donc un besoin urgent de développer de nouveaux traitements antituberculeux. L’immunothérapie, dont l’objectif est d’améliorer la réponse immunitaire de l’hôte contre le Mtb, représente une approche complémentaire intéressante dans le but de diminuer la durée et d’augmenter l’efficacité des traitements actuels de la TB-MDR. Le premier objectif de cette thèse a été de caractériser un nouveau vaccin thérapeutique, basé sur le virus de la vaccine modifié d’Ankara (Modified Vaccinia virus Ankara, MVA), le MVATG18598, qui exprime dix antigènes représentatifs des trois phases de l’infection par Mtb. En utilisant différentes lignées de souris, nous avons montré que la vaccination par MVATG18598 entraîne l'induction de réponses spécifiques cellulaires et humorales. Les cellules T produisent plusieurs cytokines de type Th1 et présentent une activité cytolytique. Dans des modèles murins d’efficacité, le MVATG18598, associé à un traitement antibiotique, réduit significativement la charge bactérienne dans les animaux infectés ainsi que le taux de rechute de la maladie après l’arrêt du traitement. Le deuxième objectif de cette thèse a été d'analyser l'impact des antituberculeux sur l'immunogénicité du vaccin MVATG18598. Nous avons montré que les antibiotiques de première ligne, et principalement l’isoniazide, diminuent la réponse immunitaire Th1 induite par le MVATG18598. De plus, nous avons démontré que la réponse humorale induite par le candidat vaccin est modifiée et s’oriente vers une augmentation du rapport IgG1/IgG2a en présence d’antibiotiques. En conclusion, nous montrons qu'un vaccin immunothérapeutique, tel que le MVATG18598, a la capacité de contribuer au contrôle de la tuberculose en augmentant l'efficacité des traitements antituberculeux. De plus, nos résultats indiquent que les antibiotiques modulent la réponse immunitaire induite par le vaccin, données devant être prises en compte lors du développement des futures stratégies immunothérapeutiques / Tuberculosis (TB), a lung disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb), remains the leading cause of death worldwide from an infectious disease. TB is responsible for an estimated 1,7 million of deaths and 10,4 million new cases annually. The emergence and spreading of multidrug resistance (MDR) Mtb strains represent a major global threat and reflect limitation of current treatments. Patients with MDR-TB are currently treated with multiple drug regimens, often toxic, given for long durations, with a limited efficacy. Therefore, developing novel TB therapies is urgently needed. Immunotherapy aiming at triggering specific immune response against Mtb represents an attractive approach to shorten the duration and increase the efficacy of current MDR-TB treatment. The first aim of this PhD project was to characterize a novel therapeutic vaccine, based on the Modified Vaccinia virus Ankara (MVA), MVATG18598, expressing ten antigens representative of the three phases of Mtb infection. Using different strains of mouse, we showed that MVATG18598 vaccination is able to trigger Mtb antigens-specific humoral and cellular responses. Both CD4 and CD8 T cells display the capacity to produce multiple Th1-cytokines together with cytolytic activity. In post-exposure mouse models, MVATG18598 combined with an antibiotic regimen decreases significantly the bacterial burden in lungs of infected mice as well as the disease relapse rate after treatment completion. The second aim of this project was to analyze the impact of TB antibiotics on the immunogenicity of the MVATG18598 vaccine. We showed that first-line antibiotic regimen, mostly isoniazid, decreases antigen-specific Th1 immune response triggered by MVATG18598 vaccination in mice. Moreover, we demonstrated that Mtb-specific antibody response induced by the vaccine candidate is modified and shifted towards an increase of IgG1/IgG2a ratio in presence of drugs. Altogether, these results illustrate that immunotherapeutic vaccine such as MVATG18598 has the capacity to contribute to the control of TB by improving efficiency of anti-TB drugs treatment. In addition, our results indicate that antibiotics are able to modulate vaccine-induced immune response, a feature to consider for the future development of immunotherapies

La détection de lymphocytes T (LT) CD8+ infiltrant les tumeurs (TIL), est généralement associée à un bon pronostic chez des patients atteints du cancer. A l’inverse, l'infiltration des tumeurs par des LT CD4+ régulateurs (Treg), est quant à elle, souvent corrélée à un mauvais pronostic. Plusieurs vaccins « thérapeutiques » capables d’induire des réponses T CD8+ spécifiques d’antigènes tumoraux ont été développés. Cependant, à ce jour, les résultats cliniques obtenus par ces vaccins restent décevants. Dans un premier travail, nous avons développé puis testé un vaccin thérapeutique composé de trois longs peptides synthétiques (LSP) dérivés de la protéine survivine (SVX). La survivine est une protéine surexprimée dans la majorité des cancers humains, mais absente dans les tissus adultes sains, ce qui fait d’elle une cible thérapeutique privilégiée pour les vaccins anti-tumoraux. Nous avons démontré l'efficacité thérapeutique élevée du vaccin SVX contre diverses tumeurs murines. Ceci a été associé à l'induction de réponses T spécifiques de la survivine, un prolongement de la survie et la génération de réponses mémoires antitumorales. De plus, SVX a induit à la fois des LT CD8+ cytotoxiques spécifiques et LT CD4+ auxiliaires de type 1 multifonctionnelles, dans la rate et au sein des tumeurs. Il a aussi induit une diminution des Treg, favorisant ainsi une réponse immunitaire très efficace. Enfin, une étude préliminaire menée chez des patients atteints de différents types de cancers, nous a révélé la présence de taux élevés de précurseurs spontanés de LT spécifiques du vaccin SVX. Ces résultats suggèrent que SVX pourrait potentiellement stimuler l'activation de ces précurseurs spécifiques. Ces résultats constituent une preuve de concept pour amener ce vaccin comme un produit de première génération en essai clinique chez l’homme. Dans le but d’étudier plus en détails la cinétique des réponses immunitaires T spécifiques, associées aux vaccins LSP, nous avons étudié dans un second travail, l’efficacité d’un vaccin LSP dérivé de la protéine Ovalbumine (OVA). Nous avons montré dans plusieurs modèles de tumeurs murines, que la combinaison du vaccin LSP-OVA à un adjuvant approprié, induisait une forte régression de la croissance tumorale, l’expansion des cellules spécifiques T CD4+ et T CD8+ dans les organes lymphoïdes, ainsi que leur migration vers les tumeurs. De plus, le vaccin a induit des cellules T spécifiques fonctionnelles, comme le témoignent les niveaux élevés de cytokines cytotoxiques mesurées. De manière intéressante, le vaccin n’a pas induit de Treg spécifiques d’OVA ou de Treg polyclonaux et ce, malgré la présence de la tumeur. Enfin, lorsque LSP-OVA ne parvenait pas à induire une régression complète de la tumeur, celle-ci était infiltrée par des TIL CD4+ conventionnels et CD8+ exprimant fortement les récepteurs inhibiteurs (PD-1, TIM-3 et TIGIT). Nos résultats suggèrent que pour optimiser ce vaccin LSP, une association à des anticorps bloquant un ou plusieurs de ces récepteurs inhibiteurs, devrait être envisagée. / The presence of tumor-infiltrating CD8+ T lymphocytes (TIL) is generally associated with a good prognosis in cancer patients. Conversely, the infiltration of tumors by CD4+ regulators T cells (Treg), is often associated with poor prognosis. Several "therapeutic" vaccines able to induce tumor-specific CD8+ T cell responses have been developed. However, to date, the clinical results of these vaccines remain insufficient. In a first work, we developed and analyzed the immunogenicity and therapeutic efficacy of a new survivin vaccine (SVX) composed of three long synthetic peptides (LSP) containing several CD4 and CD8 T-cell epitopes. Survivin is over-expressed by most human cancers, but absent in healthy adult tissues, making it an interesting therapeutic target for cancer vaccines. We demonstrated the high therapeutic efficacy of SVX vaccine against various established murine tumor models, associated with its capacity to generate both specific cytotoxic CD8+ and multifunctional Th1 CD4+ T-cell responses but also effective memory T-cell responses for long-term protection against relapses. Treatment with SVX vaccine was also found to strongly increase the tumor infiltration of both CD4+ and CD8+ T cells over Treg cells therefore tipping the balance toward a highly efficient immune response. Finally, a preliminary study in patients with different types of cancer revealed the presence of high levels of SVX-specific spontaneous T-cell precursors. This suggests that SVX can potentially stimulate the activation of these specific precursors. Altogether, our results strongly suggest that SVX is a promising cancer vaccine and warrants its further clinical development. In order to study the kinetics of tumor-specific immune responses associated with LSP vaccines, we studied the efficacy of a LSP vaccine derived from the Ovalbumin (OVA) protein. We showed in two tumor models that the combination of LSP-OVA with a suitable adjuvant induced a strong tumor regression, an important expansion of both OVA-specific CD4+ and CD8+ T cells in the lymphoid organs, as well as their migration to the tumor. In addition, the vaccine induced functional specific T cells, as shown by the high levels of cytotoxic cytokines. Interestingly, the vaccine did not induce either OVA-specific or polyclonal Treg, despite the presence of the tumor. Finally, when LSP-OVA failed to induce a complete depletion of the tumor, we observed an important expression of inhibitory receptors (PD-1, TIM-3 and TIGIT) on conventional CD4+ and CD8+ TIL. Our results suggest that to optimize this LSP vaccine, a combination with one or more immune checkpoint blockade agents should be considered.