Bone is a highly specialised living tissue and has both mechanical and metabolical functions. Remodelling of the bone ensures a healthy bone mass and is regulated by a trio of secreted proteins, namely receptor-activator of NFKB (RANK), receptor-activator of NFKB ligand (RANKL) and osteoprotegerin (OPG). OPG, a major regulator of osteoclastogenesis, bone resorption and vascular calcification, is produced by various cell types including mesenchymally derived cells, particularly osteoblastic cells. Wnt signalling also plays a role in maintaining healthy bone mass. Dickkopf- 1 (DKK-1) is a soluble inhibitor of Wnt signalling and its excessive expression contributes to bone loss in rheumatoid arthritis and multiple myeloma. Recently, NDKK-1 has been demonstrated to be over-produced in osteoblasts of patients with Paget's disease of bone (PDB). The osteoblastic cell lines MG63 and Saos-2 were subjected to a series of different growth factors, hormones and cytokines to investigate the production of OPG, DKK-1 and the expression of various Wnt proteins. These results demonstrate that during standard culture conditions, both OPG and DKK-1 production in osteoblastic cells depend on a factor present in serum. Serum deprivation resulted in the up-regulation of Wnt4 and Wnt11, while down-regulating the expression of Wnt7b. Serum-induced OPG and DKK-1 production and Wnt expression was found to be regulated via a number of different signalling pathways. OPG production and expression was stimulated by platelet-derived growth factor-AB (PDGF-AB) not only in MG63 and Saos-2 osteosarcoma cells, but also a mouse pre-osteoblastic cell line (MC3T3-E1) and human bone marrow stromal cells (BMSC). PDGF-AB was shown to act through the PDGF receptor, PKC, PI3K, ERK and P38 and not via NFKB or JNK. PDGF isoforms AA, BB and AB demonstrated a similar stimulation of OPG production. The importance of PDGF in fracture healing suggests a role for OPG production in countering bone resorption during the early phase of this process. BIO, an inhibitor of canonical Wnt signalling resulted in the down-regulation of DKK-1 and the up-regulation of WntSa. Phorbol ester (PE), a known stimulator of PKC resulted in the up-regualtion of DKK-1, Wnt4, WntTa and Wnt16. The effects of PE were inhibited by bisindolymaleamide but not staurosporine. DKK-1 production, but not expression, was observed to be stimulated by calcium along with an up-regulation of WntTb and a down-regulation of WntWa and Wnt11. Incubation of pre-stimulated cells with Triton-X demonstrated the ability of calcium to increase DKK-1 secretion. DKK-1 was shown to be significantly elevated in the serum of PDB patients compared to healthy controls and did not correlate with ALP levels. Immunohistochemistry demonstrated that DKK-1 production is increased in both osteoblasts and fibrotic cells within the marrow cavity in PDB patients compared to fracture callus. B-catenin was found to be localised to intercellular membranes of plump osteoblasts, demonstrating its alternate role as a cell adhesion protein. DKK-1 therefore may be a useful biomarker of PDB and that Dkk-1 may play a central role in the aetiology of PDB. In summary, the results presented in this thesis have investigated the ways in which OPG and DKK-1 production in osteoblastic cells can be modulated with various effectors and the effect of Wnt signalling. These results may therefore be beneficial to increase the understanding of bone biology, improve fracture repair and generate further research into the role DKK-1 and the osteoblast in the aetiology of PDB to enable improved treatments to be developed.

Die Inzidenz des Barrett-assoziierten ösophagealen Adenokarzinoms (EAC) steigt in den westlichen Ländern stetig an. Die molekularen Mechanismen in der Pathophysiologie während der neoplastischen Progression von der Barrett-Metaplasie zum Adenokarzinom sind jedoch weitgehend unbekannt. Das Gen Dickkopf 1 (DKK1) kodiert für ein Sekretionsprotein, welches den Wnt/β-Catenin Signalweg inhibiert. DKK1, welches auch ein Wnt-Zielgen ist, ist parallel zum konsekutiv aktiven Wnt/β- Catenin Signalweg im EAC überexprimiert. Daher ist für DKK1 im EAC ein defekter negativer Rückkopplungs-Mechanismus anzunehmen. Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendung von DKK1 als einen serologischen Biomarker und die Rolle von DKK1 in der Tumorbiologie anhand eines in vitro Zellkultur-Modells zu untersuchen. Die DKK1-Serumkonzentrationen von EAC-Patienten (n=18) wurden mittels ELISA vor und nach der chirurgischen Tumorresektion bestimmt und mit dem histopathologischen Tumorstadium (TNM-Klassifikation) sowie mit dem Differenzierungsgrad der ösophagealen Karzinomzellen (Grading) korreliert. Die DKK1-Serumkonzentrationen von Barrett-Metaplasie-Patienten (n=18) und gesunden Kontrollpersonen (n=17) wurden ebenfalls bestimmt und in die Analyse mit einbezogen. Die ösphagealen Plattenepithelzelllinien EPC1-hTERT und EPC2- hTERT, die nicht-dysplastische Barrett-Epithelzelllinie CP-A und die HGD-Barrett- Epithelzelllinie CP-B, als auch die beiden ösophagealen Adenokarzinomzelllinien OE33 und OE19 wurden für die Expression und Sekretion von DKK1 mittels RT-PCR, qRT-PCR und Western Blot charakterisiert. Die Funktion von DKK1 wurde in der ösophagealen Adenokarzinomzelllinie OE33 durch Behandlung mit rhDKK1 und rhWnt3a sowie mittels spezifischem siRNA-vermitteltem Knockdown untersucht. Die DKK1-Konzentrationen im Blutserum der gesunden Kontrollpersonen, Barrett- Metaplasie-Patienten und EAC-Patienten zeigten keine signifikanten Unterschiede, obwohl bei den EAC-Patienten deutlich höhere Maximalkonzentrationen von DKK1 detektiert werden konnten als bei den gesunden Kontrollpersonen. Nach der chirurgischen Tumorresektion zeigten die EAC-Patienten eine Tendenz hin zu niedrigeren DKK1-Serumkonzentrationen. Die Ausdehnung des Primärtumors, der Ausmaß des Lymphknotenbefalls und der Differenzierungsgrad der Karzinomzellen hatten jedoch keinen Einfluss auf die DKK1-Serumkonzentrationen. Die ösophageale Adenokarzinomzelllinie OE33 zeigte von allen ösophagealen Zelllinien die stärkste DKK1-Expression. Eine Stimulation mit exogenem rhDKK1 hatte keinen Einfluss auf die Aktivität des Wnt/β-Catenin Zielgens DKK1 und die Zellviabilität, während eine Herunterregulation der endogenen DKK1-Expression mittels siRNA-vermitteltem Knockdown zu einer deutlichen Hemmung der Zellviabilität und Motilität der OE33- Zellen führte. Es zeigte sich eine intrazelluläre Stabilisierung von β-Catenin bei unveränderter Wnt-Zielgenexpression und eine signifikante Dephosphorylierung von der Kinase Akt (*=p<0,05). Außerdem konnte eine Zunahme in der Genexpression von p21 detektiert werden. Die Behandlung der DKK1-Knockdown-OE33-Zellen mit rhWnt3a führte zu keinem veränderten Aktivierungsmuster von GSK3β und hatte zudem keinen Einfluss auf die Wnt-Zielgenexpression und die Zellviabilität. Es konnte gezeigt werden, dass DKK1 in der ösophagealen Adenokarzinomzelllinie OE33 Wnt-unabhängige intrazelluläre Signalwege reguliert, welche die Zellviabilität und Motilität der Karzinomzellen steigern. Über noch unbekannte Mechanismen kommt es dabei zu einer verstärkten Aktivierung der Kinase Akt, welche ihrerseits, vermutlich auch über eine Inaktivierung von p21, eine wichtige Rolle in der Tumorbiologie spielt. Der Verlust der inhibitorischen Funktion von DKK1 im Stadium der Barrett-Metaplasie könnte zudem für die Heraufregulation des Wnt/β-Catenin Signalwegs mitverantwortlich sein und auf diese Weise zusätzlich zur Tumorprogression beitragen. Wnt3a hingegen hat vermutlich auf Grund der konsekutiven Aktivierung des Wnt/β-Catenin Signalwegs in den OE33-Zellen seine Funktion als ein Hauptaktivator verloren. Die weiterführende Untersuchung von DKK1 als ein Mediator der Karzinogenese im ösophagealen Adenokarzinom ist von großer klinischer Relevanz. Ebenfalls sind im Hinblick auf die Funktion von DKK1 als ein potentieller serologischer Biomarker größere klinische Studien notwendig.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis .................................................................................................. 3 Einleitung ......................................................................................................................6 1.1. Das ösophageale Adenokarzinom ........................................................................6 1.1.1. Epidemiologie und Prognose .............................................................................6 1.1.2. Die Barrett-Metaplasie als eine präkanzeröse Läsion ........................................9 1.1.3. Früherkennungsstrategien und Therapieoptionen .............................................11 1.2. Wnt/β-Catenin Signalweg......................................................................................13 1.2.1. Bedeutung und Funktionsprinzip .......................................................................13 1.2.2. Das Dickkopfprotein 1 (DKK1).............................................................................14 1.3. Zum Stand der Forschung .....................................................................................15 1.4. Hypothese ..............................................................................................................18 2. Materialien und Methoden ........................................................................................19 2.1. Materialien ............................................................................................................. 19 2.2. Methoden................................................................................................................28 2.2.1. Zellkultur ..............................................................................................................28 2.2.2. Molekularbiologische Arbeiten.............................................................................33 3. Ergebnisse .................................................................................................................43 3.1. Analyse der DKK1-Serumkonzentrationen von EAC-Patienten .............................43 3.2. DKK1-Expression in den ösophagealen Zelllinien ..................................................47 3.3. Funktion von DKK1 in der ösophagealen Adenokarzinomzelllinie OE33 ...............50 4. Diskussion ................................................................................................................ 74 4.1. Interpretation...........................................................................................................74 4.1.1. DKK1 als ein serologischer Biomarker für das EAC............................................ 75 4.1.2. Expression von DKK1 während der neoplastischen Progression........................78 4.1.3. DKK1 als ein Mediator der Karzinogenese im EAC..............................................80 4.1.4. Effekt von DKK1 auf die Aktivität des Wnt/β-Catenin Signalwegs.......................86 4.1.5. Effekt von Wnt3a auf die Aktivität des Wnt/β-Catenin Signalwegs.....................88 4.2. Ausblick...................................................................................................................89 5. Zusammenfassung.................................................................................................... 90 6. Literaturverzeichnis ...................................................................................................92 Anlagen ...................................................................................................................... 103 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................... 105 Tabellenverzeichnis .....................................................................................................107 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit ............................................ 108 Lebenslauf................................................................................................................... 109 Danksagung ............................................................................................................... 111

Esophageal adenocarcinoma (EAC) is still associated with poor prognosis, despite modern multi-modal therapies. New molecular markers, which control cell cycle and promote lymph node metastases or tumor growth, may introduce novel target therapies. Dickkopf-1 (DKK1) is a secreted glycoprotein that blocks the oncogenic Wnt/β-catenin signaling and its aberrant expression has been observed in many malignancies, including EAC. In this study, we investigated the biological role of DKK1 in EAC. Analysis of DKK1 and active β-catenin expression in human esophageal tissues confirmed a simultaneous DKK1-overexpression together with aberrant activation of β-catenin signaling in EAC in comparison with Barrett’s and healthy mucosa. To elucidate the molecular role of DKK1, the OE33 adenocarcinoma cells, which were found to overexpress DKK1, were subjected to functional and molecular assays following siRNA-mediated DKK1-knockdown. At the functional level, OE33 cell viability, proliferation, migration and invasion were significantly attenuated by the absence of DKK1. At the molecular level, neither DKK1-knockdown nor application of exogenous recombinant DKK1 were found to alter the baseline β-catenin signaling in OE33 cells. However, DKK1-knockdown significantly abrogated downstream Akt-phosphorylation. On the other hand, the Wnt-agonist, Wnt3a, restored the Akt-phorphorylation in the absence of DKK1, without, however, being able to further stimulate β-catenin transcription. These findings suggest that the β-catenin transcriptional activity in EAC is independent of Wnt3a/DKK1 site-of-action and define an oncogenic function for DKK1 in this type of malignancy via distinct activation of Akt-mediated intracellular pathways and independently of Wnt-axis inhibition. Taken together, DKK1 may present a novel therapeutic target in EAC.

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie. / Cell-mediated cancer immunotherapy is based on the priming of the patient’s CD8+ T lymphocytes (CD8+ T cells) to mediate an immune response directed against the tumour. This anti-tumour response is antigen-specific and directed against tumour associated antigens (TAA), which are defined as proteins expressed principally by cancer cells and absent from non-malignant tissues. By utilizing a bio-informatic approach, we identified the gene DKK1, a Wnt pathway inhibitor, as a potential TAA. This was an important novel finding as the identification of a new TAA is one of the key elements to enhance cell-mediated cancer immunotherapy. Furthermore, patient treatment options may also be improved through the amplification of the force and duration of the anti-tumour immune response mediated by TAA specific T cells. This thesis is divided in two parts: 1- The characterization of DKK1 expression and immunogenicity in common cancers as validation of TAA candidate. 2- The reprogrammation of CD8+ T cells from patient with common cancers to restore a less-differentiated phenotype in an attempt to improve their anti-tumour response. We first characterized DKK1 expression in breast cancer and other common cancers. In order to prove its specificity to malignant tissues, the DKK1 expression profile was initially established by RT-PCR and ELISA assay using cancer cell lines and in RNA panels from normal tissues. DKK1 expression was also described using clinical samples from breast, lung and kidney cancers. We found that 30% of breast cancer clinical samples were positive for DKK1 expression. Interestingly, half of the triple negative breast cancer tumours (negative for the expression of progesterone and estrogen receptors and Her-2/neu) were DKK1 (+). Moreover, 50% of the lung cancer and 30% of the kidney cancer clinical samples were also DKK1 (+). These results have been corroborated by other groups who recently reported similar observations in lung cancer with a correlation with poor prognosis. After confirming that the DKK1 gene expression profile in common cancer qualifies DKK1 as a relevant TAA, we then explored its immunogenicity. To do so, we performed in vitro stimulations of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from lung and breast cancer patients with DKK1-derived synthetic peptides, which were selected for their capacity to be presented by the major histocompatibility complex (MHC) HLA-A*0201. With this method, we identified and isolated CD8+ T cell clones with a specificity unique for one DKK1 peptide. Cytokine secretion profile of anti-DKK1 T cells was established by cytokine mutiplex assay and flow cytometry. This study revealed that DKK1-specitfic CD8+ T cells had an effector profile with polyfunctionality proprieties, thereby reinforcing DKK1 as a TAA candidate. Altogether, the results obtained in this first part of this thesis suggest the possible use of DKK1 in common cancer immunotherapy as it is principally expressed by malignant tissues and can generate the activation of effector CD8+ T cells. In the second part of this thesis, I will describe in vitro manipulations of patients’ CD8+ T cells in the goal of augmenting their longevity and the strength of the anti-tumour response. Previous research revealed that a less-differentiated phenotype correlated with an augmented capacity of persistence and the intensity of the T cell response. For this project, we generated less-differentiated CD8+ T cells by activating the Wnt pathway with a pharmalogical inhibitor of GSK-3. These less-differentiated T cells shared a phenotype of both naive and memory T cells. As for their immune functions, viral antigen specific CD8+ T cells cultured with the inhibtitor showed an elevation in interferon (IFN)-γ production and cytotoxic activity. This represent the first report of such observations in humans CD8+ T cells and suggest a new stategy to prolonge the persistence of T cells in a cancer immunotherapy setting. In conclusion, this work has strongly contributed to the validation of DKK1 as a TAA for common cancers, as it is expressed in malignant tissues and relatively absent in form normal tissues. It demonstrated the immunogenicity of DKK1 with the identification of a DKK1 peptide recognized by CD8+ T cells. Moreover, these DKK1-specific CD8+ T cells appear to be polyfunctional with an effector profil, which is favorable to mount a potent anti-tumour response. These findings could serve in novel strategies to be exploited in cell-mediated immunotherapy against common cancers. Furthermore, the phenotypic and functional study of the Wnt pathway activation resulting in a less-differentiated CD8+ T cells, generated observations that had never been reported in humans. These findings are relevant for cancer immunotherapy because they could help generate less-differentiated cells with augmented persistance and anti-tumorale capacities. Altogether, the results presented in this doctoral thesis provide significant evidence that DKK1 may serve as a TAA in cell-mediated immunotherapy for patients affected by common cancers and that reprogramming of CD8+ T cells through activation of the Wnt pathway could generate more effective mediator for this type of treatment.

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie. / Cell-mediated cancer immunotherapy is based on the priming of the patient’s CD8+ T lymphocytes (CD8+ T cells) to mediate an immune response directed against the tumour. This anti-tumour response is antigen-specific and directed against tumour associated antigens (TAA), which are defined as proteins expressed principally by cancer cells and absent from non-malignant tissues. By utilizing a bio-informatic approach, we identified the gene DKK1, a Wnt pathway inhibitor, as a potential TAA. This was an important novel finding as the identification of a new TAA is one of the key elements to enhance cell-mediated cancer immunotherapy. Furthermore, patient treatment options may also be improved through the amplification of the force and duration of the anti-tumour immune response mediated by TAA specific T cells. This thesis is divided in two parts: 1- The characterization of DKK1 expression and immunogenicity in common cancers as validation of TAA candidate. 2- The reprogrammation of CD8+ T cells from patient with common cancers to restore a less-differentiated phenotype in an attempt to improve their anti-tumour response. We first characterized DKK1 expression in breast cancer and other common cancers. In order to prove its specificity to malignant tissues, the DKK1 expression profile was initially established by RT-PCR and ELISA assay using cancer cell lines and in RNA panels from normal tissues. DKK1 expression was also described using clinical samples from breast, lung and kidney cancers. We found that 30% of breast cancer clinical samples were positive for DKK1 expression. Interestingly, half of the triple negative breast cancer tumours (negative for the expression of progesterone and estrogen receptors and Her-2/neu) were DKK1 (+). Moreover, 50% of the lung cancer and 30% of the kidney cancer clinical samples were also DKK1 (+). These results have been corroborated by other groups who recently reported similar observations in lung cancer with a correlation with poor prognosis. After confirming that the DKK1 gene expression profile in common cancer qualifies DKK1 as a relevant TAA, we then explored its immunogenicity. To do so, we performed in vitro stimulations of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from lung and breast cancer patients with DKK1-derived synthetic peptides, which were selected for their capacity to be presented by the major histocompatibility complex (MHC) HLA-A*0201. With this method, we identified and isolated CD8+ T cell clones with a specificity unique for one DKK1 peptide. Cytokine secretion profile of anti-DKK1 T cells was established by cytokine mutiplex assay and flow cytometry. This study revealed that DKK1-specitfic CD8+ T cells had an effector profile with polyfunctionality proprieties, thereby reinforcing DKK1 as a TAA candidate. Altogether, the results obtained in this first part of this thesis suggest the possible use of DKK1 in common cancer immunotherapy as it is principally expressed by malignant tissues and can generate the activation of effector CD8+ T cells. In the second part of this thesis, I will describe in vitro manipulations of patients’ CD8+ T cells in the goal of augmenting their longevity and the strength of the anti-tumour response. Previous research revealed that a less-differentiated phenotype correlated with an augmented capacity of persistence and the intensity of the T cell response. For this project, we generated less-differentiated CD8+ T cells by activating the Wnt pathway with a pharmalogical inhibitor of GSK-3. These less-differentiated T cells shared a phenotype of both naive and memory T cells. As for their immune functions, viral antigen specific CD8+ T cells cultured with the inhibtitor showed an elevation in interferon (IFN)-γ production and cytotoxic activity. This represent the first report of such observations in humans CD8+ T cells and suggest a new stategy to prolonge the persistence of T cells in a cancer immunotherapy setting. In conclusion, this work has strongly contributed to the validation of DKK1 as a TAA for common cancers, as it is expressed in malignant tissues and relatively absent in form normal tissues. It demonstrated the immunogenicity of DKK1 with the identification of a DKK1 peptide recognized by CD8+ T cells. Moreover, these DKK1-specific CD8+ T cells appear to be polyfunctional with an effector profil, which is favorable to mount a potent anti-tumour response. These findings could serve in novel strategies to be exploited in cell-mediated immunotherapy against common cancers. Furthermore, the phenotypic and functional study of the Wnt pathway activation resulting in a less-differentiated CD8+ T cells, generated observations that had never been reported in humans. These findings are relevant for cancer immunotherapy because they could help generate less-differentiated cells with augmented persistance and anti-tumorale capacities. Altogether, the results presented in this doctoral thesis provide significant evidence that DKK1 may serve as a TAA in cell-mediated immunotherapy for patients affected by common cancers and that reprogramming of CD8+ T cells through activation of the Wnt pathway could generate more effective mediator for this type of treatment.