Le cancer est l’une des principales causes de mort dans le pays développés ; bien que les opérations chirurgicales, la radiothérapie et la chimiothérapie représentent aujourd’hui les principales options de traitement des patients souffrants de tumeurs malignes, leurs effets secondaires sévères ont ouvert la voie au développement de l’immunothérapie antitumorale. A part l’immunothérapie passive, qui est basée sur les anticorps ou tout autre composant du système immunitaire synthétisés en dehors du corps dont la potentielle menace de réactions immunes a été prouvée, nous avons concentré nos efforts sur l’immunothérapie active, qui réside dans la stimulation du système immunitaire du patient pour éradiquer sélectivement les cellules malignes. L’identification d’antigènes carbohydrates associés aux tumeurs (TACAs), surexprimés à la surface des cellules cancéreuses, a permis le développement de vaccins spécifiques à cet antigène. Il est connu depuis plus de 40 ans que la majorité des cancers chez l’homme sont caractérisés par une glycosylation aberrante. Les cellules tumorales peuvent surexprimer des versions tronquées d’oligosaccharides, une séquence terminale inhabituelle ou une augmentation de la sialylation des glycolipides et des glycoprotéines de surface. Un oligosaccharide d’une glycoprotéine tronqué peut rendre une partie de la chaîne principale du peptide, d’habitude caché par le sucre, plus accessible au système immunitaire. Parmi les différents TACAs, nous avons concentré notre attention sur les antigènes Tn et Tf, qui peuvent être trouvés sur des glycoprotéines comme MUC-1, surexprimés sur plus de 90% des carcinomes du sein. Bien que la conception de ces immunomodulateurs repose toujours sur des règles empiriques, il est important de déclencher à la fois la réponse humorale et cellulaire, ainsi qu’un effet de mémoire. Ce défi peut être relevé en combinant, sur une seule molécule, l’antigène carbohydrate exprimés à la surface des tumeurs (épitope des cellules B), les peptides capables de stimuler les cellules CD4+ et CD8+ (épitopes des cellules T) et un adjuvant, pour recueillir tous les éléments du système immunitaire au niveau du site d’injection et renforcer l’absorption des antigènes. De précédentes études faites dans notre groupe de recherche ont publié pour la première fois la synthèse et l’évaluation immunologique d’un prototype de vaccin anticancéreux à quatre composant capable d’induire une réponse immunitaire de longue durée sur des modèles murins. Dans mon travail de thèse, nous avons voulu synthétiser des prototypes de vaccin anticancéreux basés sur les TACAs avec des propriétés immunologiques accrues. Notre stratégie de conception a été guidée par (i) l’importance d’une haute densité de carbohydrates pour promouvoir une capture d’antigène plus efficace et un traitement par les cellules présentatrices d’antigène, et (ii) l’expression hétérogène des TACAs au cours de la maladie et parmi différents patients. En respectant ces deux aspects, il sera possible de déclencher une réponse immunitaire plus forte et à plusieurs facettes. / Cancer is one on the leading causes of death in developed countries; although surgical resection, direct irradiation and cytotoxic chemotherapy represent nowadays the main treatment options for patients suffering with malignancies, their severe side effects paved the way for the rise in popularity of antitumoral immunotherapy. Apart from passive immunotherapy, which is comprised of antibodies or other immune system components that are made outside of the body and has been shown to be associated to potentially life threatening immune reactions, we focused our efforts towards active immunotherapy, which purpose is stimulate the patient immune system to selectively eradicate malignant cells. The identification of tumor-associated carbohydrate antigens (TACAs) on the surface of cancer cells has allowed the development of antigen-specific vaccines. It has been known for over four decades that the majority of human cancers are characterized by aberrant glycosylation. Tumor cells may over-express truncated versions of oligosaccharides, unusual terminal oligosaccharide sequences, or increase sialylation of cell-surface glycolipids and O- and N-linked glycoproteins. A truncated oligosaccharide of a glycoprotein may render a part of the peptide backbone, which is normally shielded by the glycan, more accessible to the immune system. Among the assortment of TACAs we focussed our attention on Tn and TF-antigens, which can be found in membrane-bound glycoproteins like MUC-1, over-expressed in more than 90% of breast carcinomas. Although the design of such immuno-modulators still relies on empiric rules, it is noteworthy important to trigger both humoral and cellular responses, and a memory effect. This challenge can be achieved by combining, within a single molecule, carbohydrate antigen expressed on the surface of tumors (B-cell epitope), peptides capable to stimulate both CD4+ and CD8+ T-cells (T-cell epitopes) and an adjuvant, to gather immune system elements in the injection site and boost the antigen uptake. Previous studies of our research group reported for the first time the synthesis and immunological evaluation of a four-component anticancer vaccine prototype capable of inducing a long-lasting immune response in mice models. In my PhD work we aimed to synthesize TACA-based anticancer vaccine prototypes with improved immunological properties. The principles which guided our design strategies rely on (i) the importance of a high density of carbohydrate epitopes to promote a more effective antigen capture and processing by antigen-presenting cells, and (ii) the evidence of heterogenic expression patterns of TACAs during the course of the disease and among different individuals. Addressing these two aspects would provide a stronger and multifaceted immune response.

Le Ga1NAc est présent dans un grand nombre de glycoprotéines, protéoglycanes et glycolipides. Il est le sucre immunodominant des antigènes de groupes sanguins et oncofoetaux qui sont des cibles thérapeutiques. Cependant, la synthèse par voie chimique de ces glycoconjugués à Ga1NAc est longue et coûteuse. In vivo, le Ga1NAc est incorporé par des Ga1NActransférases, enzymes spécifiques qui transfèrent le Ga1NAc de l'UDP-GaINAc sur un substrat accepteur. Mais la synthèse chimio enzymatique des glycanes est freinée par l'obtention difficile de quantités importantes d'UDP-Ga1NAc.<br />Nous avons mis au point un système de synthèse chimio enzymatique de glycoconjugués à Ga1NAc qui utilise 4 enzymes et des substrats simples comme le Ga1NAc, l'UTP et la créatine-P. Ce système permet la synthèse rapide et efficace de glycopeptides et d'oligosaccharides à GaINAc ; il a été utilisé pour glycosyler l'antigène MUC1 et nous avons pu évaluer la réponse immunitaire murine contre la petite glycoprotéine obtenue.<br />Le système de synthèse d'UDP-Ga1NAc peut accepter certains dérivés de Ga1NAc et permettre ainsi la synthèse d'analogues d'UDP-Ga1NAc. Ces molécules sont des sondes appréciables pour étudier l'interaction entre substrats et enzymes par les techniques physicochimiques comme la STDNMR.

Les maladies diarrhéiques sont la deuxième cause de mortalité chez les enfants de moins de cinq ans. Les entérobactéries Shigella flexneri sont les principales responsables de la forme endémique de la shigellose, une maladie diarrhéique importante dans les pays en développement et pour laquelle de nombreuses stratégies vaccinales sont à l’étude. La partie polysaccharidique (antigène O, Ag-O) du lipopolysaccharide de surface est l’une des cibles majeures d'immunité protectrice contre la réinfection. Une grande variété d’Ag-Os, reflétant la diversité sérotypique, a été identifiée. De façon intéressante ces Ag-Os se différencient par la nature des substituants portés par le tétrasaccharide ABCD qui définit leur squelette commun. Afin de développer un vaccin issu de sucres de synthèse à large couverture sérotypique contre S. flexneri, des stratégies de synthèse hautement convergente d’analogues orthogonalement protégés du tétrasaccharide ABCD ont été explorées. Elles prennent en compte les sites de -D-glucosylation et de O-acétylation spécifiques de sérotypes. Les approches mises en place s’appuient sur la synthèse d’une diversité de précurseurs en série L-rhamnopyranose et 2-N-acétyl-2-désoxy-D-glucopyranosamine et leurs combinaisons optimisées. Quelques exemples de glucosylation 1,2-cis régiosélective, chimique et/ou enzymatique, valident le concept. / Diarrhoeal diseases are the second cause of death among children under five. Shigella flexneri enterobacteria are the main causative agents of the endemic form of shigellosis, a diarrhoeal disease of high prevalence in developing countries and one for which numerous vaccine strategies are under studied. The polysaccharide part (O-antigen, O-Ag) of the bacterial lipopolysaccharide is a major target of protective immunity against reinfection. A large variety of O-Ags, expressing serotypic diversity, has been identified. Interestingly, these O-Ags differ by the nature of the substitutions occurring on the ABCD tetrasaccharide, which defines their common backbone. In order to develop a synthetic carbohydrate-based vaccine with broad serotype coverage against S. flexneri, highly convergent synthetic strategies towards orthogonally protected analogs of tetrasaccharide ABCD were investigated, while taking into account serotype-specific -D-glucosylation and O-acetylation sites. The selected approaches feature the synthesis of a variety of suitable L-rhamnopyranose and 2-N-acetyl-2-deoxy-D-glucopyranosamine precursors and their optimized combinations. The concept is supported by selected examples of 1,2-cis chemical and/or enzymatic glucosylation.

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Streptococcus suis est une bactérie encapsulée causant des pertes économiques majeures dans l’industrie porcine en provoquant la méningite et la septicémie chez le porc. C’est aussi un important agent zoonotique. Depuis de nombreuses années de recherche sur des vaccins, aucun n’est efficace et commercialement disponible. En effet, les bactérines (bactéries entières inactivées) autogènes sont les plus couramment utilisées sur le terrain, mais demeurent avec des résultats controversés. Pourtant, S. suis exprime de nombreux composants immunogéniques pouvant être potentiellement utilisés pour des vaccins sous-unitaires. Cependant, tester la capacité immunogénique de ces nombreux candidats vaccinaux ainsi qu’évaluer le meilleur adjuvant pour la formulation d’un vaccin contre S. suis est un processus long et onéreux qui requiert l’utilisation d’un nombre élevé d’animaux. En effet, les essais vaccinaux contre S. suis débutent par un premier dépistage chez la souris pour ensuite être testés chez le porc. Il est donc nécessaire de développer des stratégies permettant d’avancer et de faciliter la recherche. Dans cette optique, un système in vitro a été développé utilisant des cellules dendritiques (DC) différenciées à partir des cellules souches de la moelle osseuse de fémur de porc. Ce modèle permettra l’analyse des candidats vaccinaux et de leur potentiel immunogénique ainsi que l’évaluation préliminaire des adjuvants. Ce système in vitro pourrait réduire le nombre d’animaux utilisés pour les essais précliniques en délivrant des connaissances immunologiques fondamentales sur les formulations de vaccins testés, dont ceux retenus mériteront une étude approfondie chez l’animal. Pour développer ce modèle in vitro, l’utilisation de plusieurs cultures de DCs, dérivées des cellules souches de la moelle osseuse de 10 porcelets différents, ont été utilisées afin de tenir compte du polymorphisme génétique de chacun. Différents composants antigéniques de S. suis, dont leurs pouvoirs immunogéniques ont déjà été évalués lors des essais vaccinaux, ont été choisis. Parmi eux, une protéine de surface de S. suis a été sélectionnée : l’énolase. In vivo, elle a été reconnue comme ayant une forte immunogénicité, cependant la protection conférée par cette protéine dépend de l’adjuvant utilisé dans la formulation vaccinale. La capsule polysaccharidique (CPS) de S. suis, l’antigène le plus exposé en surface de la bactérie et en première ligne de contact avec le système immunitaire, est le deuxième antigène à être sélectionné pour cette étude. Étant donné la faible immunogénicité de la CPS, reliée à sa nature polysaccharidique, un prototype glycoconjugué a été précédemment développé dans notre laboratoire et son effet protecteur a été validé chez le porc. Le glycoconjugué et ses dérivées ont aussi fait l’objet de cette présente étude. Finalement, la capacité des DCs à répondre à des bactérines a aussi été évaluée. Différentes catégories d’adjuvants ont été sélectionnées (Poly I:C, Quil A, Alhydrogel 2%, TiterMax Gold et Stimune) et leurs effets ont été comparés. L’activation des DCs a été évaluée par la production de cytokines de type 1 (IL-12 et TNF-α) et de type 2 (IL-6). Il a été observé que les adjuvants intensifiaient l’activation des DCs par une augmentation de production des cytokines par rapport aux antigènes seuls. De plus, il a été constaté que les DCs distinguaient un adjuvant de type 1 ou de type 2 par l’observation d’un profil cytokinique spécifique à chaque type de réponse suite à leur activation par les adjuvants combinés aux différents antigènes. Il a aussi été constaté que l’ampleur de la production de cytokines variait selon la nature de l’antigène présent avec les adjuvants. Enfin, il a été noté que les DCs répondaient différemment selon la nature chimique des antigènes. En conclusion, ce système in vitro a permis d’évaluer la capacité immunogénique de candidats vaccinaux, mais aussi de présélectionner les meilleurs adjuvants favorisant la réponse immunitaire désirée contre S. suis. À cette fin, ce modèle pourrait permettre la réduction du nombre d’animaux utilisés en test préclinique, en permettant une présélection des candidats vaccinaux à tester in vivo ou en fournissant des connaissances scientifiques additionnelles sur des choix des candidats cibles. Sur le long terme, ce modèle facilitera la découverte des vaccins sous-unitaires contre S. suis. / Streptococcus suis, an encapsulated bacterium, is a major swine pathogen and an important zoonotic agent mainly causing septicemia and meningitis. Despite decades of vaccine research, no effective vaccine is currently commercially available. Indeed, autogenous bacterins (whole inactivated bacteria) are the most commonly used vaccines in the field; however, their protective capacity remains controversial. Nevertheless, S. suis expresses many immunogenic constituents that may have potential as sub-unit vaccines. However, testing the immunogenic potential of the many S. suis candidates and appropriate adjuvants is a long and costly process requiring the use of many animals. Indeed, studies of vaccines against S. suis start with a first screening in mice prior to evaluation in pigs. Therefore, it is necessary to develop strategies to advance and facilitate the research. Hence, an in vitro porcine bone marrow-derived dendritic cell (DC) culture was developed as a model for screening vaccine candidates, evaluation of their immunogenicity, and assessment of the best(s) adjuvant(s) to be used. This model could reduce the number of animals used in pre-clinical trials by providing fundamental immunological knowledge on selected vaccine formulations that would deserve further analysis in animal trials. To develop this model, porcine bone marrow-derived DC cultures from 10 different pigs were used to take into account the genetic polymorphism of individual animals. Different antigenic components of S. suis, the immunogenic properties of which have already been evaluated in vaccine trials, were selected. Among them, a surface protein of S. suis was selected: enolase. In vivo, this protein has been recognized as having high immunogenicity; however, the protection conferred by this protein depends on the adjuvant used in the vaccine formulation. The S. suis capsular polysaccharide (CPS), the most exposed antigen on the surface of the bacterium and the first line of contact with the immune system, is the second antigen selected for this study. Given the low immunogenicity of CPS, linked to its polysaccharide nature, a prototype glycoconjugate vaccine was previously developed in our laboratory and its protective effect validated in pigs. This glycoconjugate and its derivatives have also been the subject of this study. Finally, the ability of DCs to respond to bacterins was also evaluated. Different categories of adjuvants (Poly I:C, Quil A, Alhydrogel 2%, TiterMax Gold, and Stimune) were compared. The activation of DCs was evaluated by the production of type 1 (IL-12 and TNF-α) and type 2 (IL-6) cytokines. It was observed that adjuvants amplify DC activation as demonstrated by an increase of cytokine production when compared to the antigen alone. Moreover, DCs distinguish type 1 or 2 adjuvants in combination with different S. suis antigens, according to the cytokine profile observed. It has also been found that the extent of cytokine production varies depending on the nature of the antigen present with the adjuvants. Finally, it was observed that DCs respond differently depending on the chemical nature of the antigens. In conclusion, this in vitro model allows the evaluation of the immunogenic potential of vaccine candidates while also screening for adjuvants favoring the desired immune response against S. suis. Therefore, this model could permit a reduction in the number of animals used in pre-clinical trials by allowing a preselection of candidates to be tested in vivo or by providing additional scientific knowledge as a basis for the target choices. As a result, the list of candidates to be screened in the natural host in vivo would be reduced, facilitating the discovery of a subunit vaccine against S. suis.