La ténascine-C (TNC), protéine de la matrice extracellulaire, favorise la progression tumorale et la métastase par des mécanismes pas totalement élucidés. J’ai utilisé un nouveau modèle de progression tumorale de la glande mammaire basé sur une approche de greffe de cellules tumorales orthotopiques syngéniques et j’ai ainsi identifié la TNC comme un régulateur important de la croissance tumorale. L’expression concomitante de la TNC par les cellules de l’hôte et les cellules tumorales induit une régression de la tumeur en induisant une signature de présentation d’antigène. Cette signature a été corrélée avec une meilleure survie des patientes atteintes de cancer du sein. D’autre part, la TNC exprimée par les cellules tumorales induit également l’expression de CXCL12 au sein de la tumeur, piégeant les lymphocytes CD8+ dans des travées de matrice enrichies avec le CXCL12 lié à la TNC. L’inhibition du récepteur de CXCL12, le CXCR4 provoque une régression tumorale qui s’accompagne d’un afflux important de lymphocytes T CD8+ et d’une augmentation de la mort cellulaire au sein du lit tumorale. La séquestration des lymphocytes T cytotoxiques par la TNC dans les travées de matrice peut avoir une implication importante dans le développement et l’utilisation des nouvelles immunothérapies ciblant l’activité des cellules effectrices du système immunitaire. / The extracellular matrix molecule tenascin-C (TNC) promotes tumor progression and metastasis by poorly understood mechanisms. I used a novel breast progression model based on a syngeneic orthotopic tumor cell grafting approach and identified TNC as an important regulator of tumor growth. I document that TNC promotes the battle between tumor regression and growth, where combined expression of tumor cell- and host-derived TNC induces tumor cell rejection. Tumor cell-derived TNC may elicit regression by induction of an antigen presenting signature (APS) expressed by the host, which correlates with better breast cancer patient survival. Tumor-cell derived TNC also triggers CXCL12 expression, thereby causing trapping of CD8+ T cells in the surrounding TNC matrix tracks. TNC binds CXCL12, and combined TNC/CXCL12 attracts and immobilizes CD8+ T cells. Inhibition of the CXCL12 receptor CXCR4 causes tumor regression that is accompanied by massive infiltration of CD8+ T cells and cell death inside the tumor cell nests. Altogether,TNC-triggered CXCL12 signaling may dampen CD8+ T cell function where physical trapping of CD8+ T cells in the TNC matrix may have implications for immune cell therapies. Our results and new tumor model, offer novel opportunities for preclinical cancer research and cancer patient therapy, by triggering the “good” and blocking the “bad” actions of TNC. In particular, overcoming the immune suppressive action of TNC, through inhibition of CXCR4, could be a useful approach.

Les syndromes neurologiques paranéoplasiques (SNP) sont des maladies neurologiques rares, associés à une réponse immunitaire efficace contre un cancer sous-jacent exprimant un antigène également exprimé par des cellules du système nerveux central (SNC). Le cancer déclenche alors une réponse auto-immune secondaire qui provoque la destruction des cellules du SNC. Certains travaux récents suggèrent que l'immunité à médiation cellulaire associée à des auto-anticorps reconnaissant des antigènes intracellulaires pourrait jouer un rôle majeur, bien qu'encore mal compris, dans la physiopathologie des SNP. Les exemples de SNP les plus représentatifs sont le syndrome Hu, qui conduit à la perte de diverses populations de neurones du SNC et l'ataxie cérébelleuse subaiguë (PCD en anglais, pour Paraneoplastic Cerebellar Degeneration), caractérisée par la perte sélective des cellules de Purkinje du cervelet. Alors que le syndrome Hu se développe en général chez des patients présentant des tumeurs du poumon à petites cellules qui expriment l'antigène HuD spécifique des neurones, la majorité des patients souffrant de PCD présente un cancer gynécologique qui exprime la protéine CDR2, également exprimée dans les cellules de Purkinje. Afin de mieux cerner la physiopathologie des SNP et de tester l'implication de l'immunité cellulaire, notamment des lymphocytes T, nous avons durant ma thèse développé et analysé deux modèles murins, l'un pour le syndrome Hu et l'autre pour la PCD. Ces modèles reposent sur l'utilisation de souches de souris génétiquement modifiées : la souris CamK-HA, qui exprime l'hémagglutinine (HA) du virus de la grippe dans la plupart de ses neurones du SNC et la souris L7-HA dans laquelle la protéine HA est exprimée exclusivement par les cellules de Purkinje du cervelet. Dans ces souris, une réponse anti-tumorale est provoquée par l'injection de cellules tumorales 4T1 exprimant HA (4T1-HA). Afin le faciliter le suivi des réponses cellulaires contre l'antigène HA, nous avons injecté des lymphocutes T CD4+ et/ou T CD8+ naïfs isolées à partir de souris transgéniques pour des récepteurs de lymphocytes T spécifiques de HA. Nos résultats montrent que seul le transfert in vivo des cellules tumorales 4T1-HA, et non celui des cellules 4T1 témoins, peut conduire à l'activation, la prolifération et la différentiation des deux types de lymphocytes T spécifiques pour l'antigène HA. De plus, nous avons observé que les populations de lymphocytes T CD4+ et CD8+ sont toutes deux requises, non seulement pour une réponse anti-tumorale efficace, mais aussi pour le déclenchement d'une réaction auto-immune collatérale chez la souris CamK-HA. Enfin, nous avons montré qu'il était nécessaire d'injecter en parallèle des anticorps contre le récepteur inhibiteur CTLA-4 chez la souris L7-HA, afin de permettre la migration des lymphocytes T spécifiques de HA dans le cervelet. Chez ces souris L7-HA, nous avons en outre démontré que les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques sont les effecteurs principaux de la maladie. Ces nouveaux modèles murins représentent donc des outils précieux pour une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables du développement des SNP. De plus, ils pourraient permettre de tester et de valider de nouvelles approches thérapeutiques visant à bloquer la pénétration dans le SNC d'effecteurs immunitaires potentiellement pathogènes, tout en préservant l'efficacité de la réponse anti-tumorale en périphérie. / Paraneoplastic neurological disorders (PNDs) are rare human autoimmune diseases that mostly affect the central nervous system (CNS). They are triggered by an efficient immune response against a neural self-antigen that is ectopically expressed in neoplastic tumor cells and naturally expressed in CNS cells. Due to this shared antigenic expression, the immune system reacts not only to tumor cells but also to neural cells resulting in neurological damage. Growing data point to a major role of cell-mediated immunity in PNDs associated to autoantibodies against intracellular proteins. However, its precise contribution in the pathogenesis remains unclear. Two illustrative examples of possibly cell-mediated PNDs are the Hu-syndrome, characterized by inflammation and widespread los of neurons, and paraneoplastic cerebellar degeneration (PCD), characterized by the selective loss of Purkinje cells. PCD develops mostly in patients with gynecologic carcinomas that express the Purkinje neuron-specific CDR2 protein whereas most patients with the Hu-syndrome harbor small cell lung cancer expressing the neuron-specific protein HuD. In this context, our study aimed to investigate the impact of anti-tumor cellular immune responses in the development of these PNDs. To this end, we developed two animal models mimicking the Hu-syndrome and PCD. We used a tumor cell line expressing the hemagglutinin (HA) of influenza virus to induce an anti-tumor response in CamK-HA mice, which express HA in CNS neurons and L7-HA mice, which express HA only in cerebellar Purkinje neurons. To promote and track the T cell response against the HA antigen, naïve HA-specific CD8+ and/or CD4+ T cells, originating from TCR-transgenic animals, were transferred into these mice. We demonstrate that HA-expressing tumors, but not control tumors, induce in vivo activation, proliferation and differentiation of naïve HA-specific CD4+ and CD8+ T cells into effector cells. Moreover, the collaboration between these two T cell subsets was needed to control tumor growth and induce CNS inflammation in CamK-HA mice. In L7-HA mice the additional injection of the antibody against the inhibitory receptor CTLA-4 was necessary to allow T cells to enter the cerebellum to cause inflammation and the subsequent destruction of Purkinje neurons. Furthermore, in L7-HA mice we demonstrate that cytotoxic CD8+ T cells are the main effectors driving the disease. Thus, these two new mouse models provide further insights into the cellular mechanisms of PND whereby a potent anti-tumor immunity triggers a cancer-associated autoimmune disease, and may therefore help to develop new therapeutic strategies against PND.

Il est maintenant bien établi que le système immunitaire joue un rôle majeur dans le contrôle des tumeurs, y compris dans les carcinomes pulmonaires. Cependant, les interactions entre les cellules tumorales et les cellules immunitaires du microenvironnement tumoral sont mal connues. Dans ce travail, nous avons étudié les caractéristiques morphologiques et moléculaires des cellules tumorales provenant d’adénocarcinomes pulmonaires et leur association avec la composition du microenvironnement immunitaire. Nous avons rapporté la valeur pronostique des paramètres morphologiques de ces tumeurs, comme le grade histologique des adénocarcinomes, et leur association avec le statut moléculaire EGFR et KRAS. Nous avons émis l’hypothèse que la diversité morphologique et moléculaire de ces tumeurs pouvait être associée à une signature immunitaire intra-tumorale spécifique et que cela pourrait avoir un impact pronostique. Nous avons mis en évidence que la densité des cellules dendritiques matures, situées au sein de structures lymphoïdes tertiaires, variait en fonction du statut moléculaire EGFR et KRAS des tumeurs. De même, l’impact pronostique des cellules dendritiques matures et des lymphocytes CD8+ variait en fonction du statut moléculaire des tumeurs. Nous avons également retrouvé la valeur pronostique de l’environnement immunitaire, représenté par la densité en cellules dendritiques matures et en lymphocytes CD8+, sur la survie à long terme des carcinomes pulmonaires de stade III-N2 opérés après chimiothérapie néoadjuvante. Enfin, nous avons démontré que la chimiothérapie n'est pas associée à de profondes modifications de l’infiltrat immunitaire, alors qu’elle entraîne des modifications des cellules tumorales. L’ensemble de ces résultats suggère que l’infiltrat immunitaire est intimement lié à la cellule tumorale et que la composition du microenvironnement immunitaire varie avec les caractéristiques de la tumeur. Cette interaction entre les cellules tumorales et les cellules immunitaires contribue au pronostic de ces tumeurs. Ces données démontrent l’intérêt d’utiliser des traitements combinant des drogues cytotoxiques, telle la chimiothérapie conventionnelle, à des traitements immunomodulateurs permettant de favoriser une réponse immunitaire anti-tumorale efficace. / The major role of the immune system against tumor development is now clearly established, including lung carcinoma. Nevertheless, interaction between tumoral cells and immune environment is less well-defined. In that study, we have studied morphological and molecular tumoral cells characteristics from lung adenocarcinoma and their role in the composition of immune environment. We reported the prognostic value of morphological parameters, as histological grade of adenocarcinoma, and their association with molecular EGFR and KRAS status. We hypothesized that morphological and molecular diversity of these tumors could be associated with a specific intratumoral immune signature, and could have an impact in prognosis. We showed that mature dendritic cells density, located in tertiary lymphoid structures, differed according to EGFR and KRAS status. Morever, molecular status of tumors modified the pronostic value of mature dendritics cells and CD8+ T cells. We found a prognostic value of immune environment, represented by dendritic cells and T CD8+ cells, in operated stage III-N2 lung carcinomas treated by neoadjuvant chemotherapy. At last, we demonstrated that chemotherapy is not associated with wide modifications in immune infiltrate, whereas it induced modifications in tumoral cells. All together, these data strongly argue for a close link between tumoral cells and immune environment, which seems to depend on tumoral cell characteristics. This interaction between tumoral cells and immune cells contribute to the prognosis of these tumors. These results show the evidence that combine cytotoxic treatment, like conventional chemotherapy, with immunomodulators, favour a protective anti-tumor immune response.

L’axe adénosinergique est au cœur de divers processus pathophysiologiques. L’enzyme CD73 joue un rôle pivot dans la génération de l’adénosine en catalysant la déphosphorylation de l’adénosine monophosphate. L’adénosine contribue à un éventail large de processus biologiques et pathologiques, principalement via l’activation de récepteurs transmembranaires. L’adénosine est principalement reconnue pour son activité régulatrice des cellules immunitaires et CD73 pour son rôle dans l’accumulation de l’adénosine dans le microenvironnement tumoral. En effet, en altérant la réponse immunitaire anti-tumorale via l’inhibition des fonctions effectrices de divers types de cellules immunes, CD73 et l’adénosine sont fréquemment associés à la progression tumorale et s’inscrivent comme cibles thérapeutiques intéressantes. Les rôles de CD73 et l’adénosine dans d’autres processus immunitaires physiologiques ne sont pas tous aussi bien compris, notamment concernant les processus d’immunisations. En utilisant un modèle murin d’immunisation contre le pneumocoque, cette thèse démontre un rôle positif, mais non essentiel, de CD73 et de l’adénosine dans la commutation isotypique des lymphocytes B et la génération d’une immunité protectrice contre l’infection au S. pneumoniae. Cette découverte est pertinente au développement de stratégies thérapeutiques afin d’augmenter l’efficacité d’immunisation dépendante des cellules B, plus particulièrement chez les populations à risque en bas âge. Ensuite, alors que la modulation de l’axe adénosinergique, notamment via l’inhibition de CD73, est une avenue thérapeutique étudiée dans divers contextes de tumeurs solides, ce potentiel thérapeutique demeure largement inexploré dans des modèles de néoplasmes sanguins. En utilisant un modèle de souris transgénique de leucémie spontanée, cette thèse démontre un rôle pro-tumorigénique, avec un biais sexuel, de CD73 dans la leucémie lymphoïde chronique des lymphocytes B (LLC), via l’altération de l’immunité anti-tumorale. Enfin, alors que les rôles immunosuppressifs de CD73 et l’adénosine sont bien décrits, leurs activités pro-tumorigéniques qui s’étendent au-delà de l’immunité anti-tumorale sont peu connues. En accord avec la littérature, cette thèse explore plusieurs hypothèses selon lesquelles CD73 module l’activité métabolique mitochondriale des cellules cancéreuses. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent un rôle pro-tumorigénique à l’enzyme CD73, indépendant de la signalisation adénosinergique et de l’inhibition de l’immunité anti-tumorale, qui favorise la flexibilité métabolique et plus particulièrement la respiration mitochondriale des cellules cancéreuses, via la voie de récupération de la biosynthèse du nicotinamide (NAD+). En résumé, cette thèse apporte plusieurs précisions quant aux rôles biologiques de l’enzyme CD73 qui sont pertinents à l’immunisation dépendante des lymphocytes B, à la pathogénèse de la LLC ainsi qu’à la régulation de l’activité métabolique des cellules cancéreuses. Cette thèse offre de nouvelles pistes de réflexion quant au potentiel thérapeutique que renferme l’axe adénosinergique et plus particulièrement CD73, en approfondissant nos connaissances quant à l’éventail de ses fonctions. / The adenosinergic axis is central to a plethora of pathophysiological processes. The enzyme CD73 is key to the generation of adenosine by catalyzing the dephosphorylation of adenosine monophosphate. Adenosine’s contribution to biological and pathological processes is mainly carried through the activation of transmembrane receptors. Adenosine is mostly appreciated for its regulatory activity on a variety of immunes cells whereas CD73 is often referred to the enzyme responsible for adenosine accumulation within tumor microenvironment. Thus, by hindering antitumoral immune responses, CD73 and adenosine are frequently associated with cancer progression and targeting these offers great therapeutic potential in clinic. CD73 and adenosine’s role in other immune physiological processes are not fully understood, notably regarding immunization processes. Using a murine model of pneumococcal immunization, this thesis herein demonstrates a positive, but non-essential, role for CD73 and adenosine in B cells’ isotype class switching required to protective immunity against S. pneumoniae. This finding is particularly relevant to the development of novel strategies aimed at enhancing B cell-dependent immunization in high-risk populations such as young infants. While targeting the adenosinergic axis, particularly CD73, was extensively proven efficient in restoring antitumor immunity in many solid tumor contexts, its therapeutic potential in blood neoplastic malignancies remain largely unexplored. Using a transgenic mouse model of spontaneous leukemia, this thesis identifies a sex-oriented pro-tumorigenic role for CD73 in favoring B cells chronic lymphocytic leukemia (CLL) progression, through the inhibition of antitumor immunity. Finally, while immunosuppression by CD73 and adenosine is well described in cancer, other immune-independent pro-tumorigenic roles of CD73 are poorly understood. In accordance with literature, this thesis explores various hypotheses by which CD73 regulates cancer cells’ mitochondrial metabolic activity. Results presented herein suggest an immune- and adenosine signaling-independent pro-tumorigenic function for CD73 in favoring cancer cells’ metabolic flexibility and more particularly mitochondrial respiration through the nicotinamide (NAD+) salvage biosynthesis pathway. In sum, this thesis brings many insights into CD73’s biological functions relevant to B cells-dependent immunization, in CLL pathogenesis and in cancer cells’ metabolic activity. By expanding our knowledge of the extend of CD73’s biological functions, this thesis further discusses novel potential therapeutic opportunities.