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Francisella tularensis est une bactérie intracellulaire à Gram négatif et l'un des agents les plus infectieux connu à l'heure actuelle, en particulier par voie respiratoire. L'inhalation d'une dizaine de bactéries suffit à provoquer une maladie mortelle : la tularémie pulmonaire. Sa facilité de dissémination par aérosols, ainsi que le caractère létal de cette pathologie, ont contribué à considérer F. tularensis comme une arme biologique potentielle. La tularémie pulmonaire est une infection aigue qui s'accompagne d'une réponse immunitaire inadaptée. F. tularensis infecte en premier lieu les cellules phagocytaires, notamment les macrophages. Alors que ces derniers sont des acteurs majeurs de la défense contre les agents infectieux, de nombreux mécanismes d'échappement permettent à F. tularensis d'éviter ou de résister aux réponses de l'hôte et ainsi de se multiplier et de disséminer dans l'organisme. Ainsi, après un retard initial dans la mise en place de la réponse immunitaire, la présence d'un grand nombre de bactéries et de signaux de danger libérés par les cellules infectées, conduisent au déclenchement d'une réponse inflammatoire excessive. Celle-ci se caractérise par une tempête cytokinique provoquant un recrutement massif de cellules immunitaires, en particulier de neutrophiles, dans les tissus infectés. Les dommages tissulaires associés à cette réponse inflammatoire sont en grande partie responsable de la mortalité associée aux infections pulmonaires par F. tularensis. La tularémie est actuellement traitée par antibiothérapie. Malheureusement, l'absence de symptômes spécifiques de cette maladie rend le diagnostic difficile et, par conséquent, retarde la prescription du traitement adapté. Or, l'efficacité des antibiotiques est considérablement réduite par cette administration tardive. De nouvelles stratégies thérapeutiques sont donc nécessaires pour remplacer ou compléter l'antibiothérapie. Dans ce contexte, nous avons cherché à déterminer si la modulation de la réponse inflammatoire excessive induite par F. tularensis pouvait être bénéfique pour l'hôte infecté et ainsi être utilisée comme thérapie accessoire. L'objectif de mon travail de thèse était d'évaluer les propriétés anti-inflammatoires et le potentiel bénéfice thérapeutique du mannodendrimère 3T (M3T), un composé synthétisé par l'équipe de J. Nigou, dans un modèle murin d'infection pulmonaire par F. tularensis. Le M3T, conçu pour mimer les propriétés anti-inflammatoires d'un glycolipide de la paroi de Mycobacterium tuberculosis, a précédemment montré un effet inhibiteur sur la production de cytokines pro-inflammatoires et le recrutement de neutrophiles dans un modèle murin d'inflammation pulmonaire aigue induite par le LPS. La souche F. novicida, provoquant chez la souris une pathologie similaire à une infection pulmonaire par F. tularensis, a été utilisée comme souche de substitution dans ces travaux. In vitro, nous avons montré que le M3T inhibe la production de cytokines pro-inflammatoires induite par F. novicida dans des macrophages et cellules dendritiques humaines. D'un point de vue mécanistique, l'ensemble des données suggère que le M3T inhibe la réponse inflammatoire induite par F. novicida via le récepteur TLR2, en activant une voie de signalisation dépendante du récepteur DC-SIGN. In vivo, le M3T a été administré par injection intraveineuse 6 h post-infection, puis quotidiennement pendant 3 jours, en combinaison avec un traitement antibiotique sous-optimal. / Francisella tularensis is an intracellular Gram negative bacterium and the causative agent of tularemia. It is one of the most infectious agents known to date. Infection by the respiratory route leads to the deadly pulmonary form of tularemia. For these reasons, F. tularensis has been considered for years as a potential biological weapon. Pulmonary tularemia is characterized by an acute infection and a defect in immune responses. Particularly, the innate immune system plays a central role in F. tularensis infection and pathology. Macrophages, key cells of the innate immune system, are the main target for F. tularensis. This bacterium has evolved many strategies to escape host defenses that allow it to replicate within the cells and then disseminate into the whole organism. At this systemic stage, bacteria, along with alarm signals from infected cells, are recognized by innate immune receptors, triggering an inappropriate inflammatory response. The latter is characterized by a cytokine storm leading to a massive recruitment of immune cells, particularly neutrophils, in infected tissue. Tissue damages caused by this inflammation are a major cause of mortality associated with F. tularensis infections. Today, the treatment of tularemia is based on antibiotherapy. However, no specific symptoms can be assigned to pulmonary tularemia making its diagnosis difficult. This delays the administration of an appropriate antibiotiotherapy whose efficacy is therefore decreased. Thus, new therapeutic strategies are needed to replace or complement antibiotics. In this context, we investigated whether reducing the excessive inflammation induced by F. tularensis could be beneficial for the host and be considered as an adjunctive host- directed therapy. The aim of my work was to evaluate the anti-inflammatory properties and the therapeutic potential of mannodendrimer 3T (M3T), a synthetic coumpond designed in the team, in a mouse model of pulmonary infection by F. tularensis. M3T was previously designed to mimic the anti-inflammatory traits of a specific glycolipid from Mycobacterium tuberculosis. It was previously shown to inhibit the production of pro-inflammatory cytokines and neutrophils recruitment in a mouse model of LPS-induced pulmonary inflammation. Here, we used F. novicida as a surrogate for F. tularensis since it induces an identical inflammatory pathology. In vitro, M3T was found to inhibit the production of pro-inflammatory cytokines in human macrophages and dendritic cells infected by F. novicida. M3T modulates inflammatory response triggered by F. novicida via TLR2 most likely by the activation of a DC-SIGN-dependant pathway. In vivo, M3T was administered 6 h post-infection and then, daily for 3 days, by intraveinous injection and combined with a suboptimal antibiotic. This combination increases the survival rate of mice infected with F. novicida as compared to mice treated with antibiotic alone. M3T treatment has no impact on bacterial burden but seems to reduce tissue damages as observed by histological analyses of lungs, liver and spleen of infected mice. Altogether, our data demonstrate that M3T administration provides a therapeutic benefit in a mouse model of pulmonary infection by F. novicida. On a more general perspective our results suggest that targeting inflammation can be considered as an adjunctive treatment in acute pulmonary infections.

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Dans le cadre de mon doctorat j'ai développé des approches appliquées d'analyse de données pour effectuer une analyse multi omique du cancer de la prostate (CaP). Mon projet s'est défini en deux parties distinctes correspondant aux deux articles intégrés dans le corps de mon document. Une première partie du travail a consisté à récupérer des données omiques de différents types (RNA-Seq, Methylation, CNA, SNA, miRNA, données cliniques) associées au CaP et à les préparer avec un pipeline bioinformatique adapté. Ensuite j'ai eu pour objectif de chercher à mettre en avant de nouveaux points de contrôles de l'immunité associés à la récidive biochimique (BCR) dans le CaP au travers de ces données. Pour remplir cet objectif j'ai utilisé une approche particulière basée sur des algorithmes d'analyse en composante principale (PCA) et de régression des moindres carrés (PLS). Cela a permis de faire ressortir une famille spécifique de points de contrôle de l'immunité, la famille des LILR, qui peut potentiellement être une famille cible en immunothérapie. Dans un second temps, j'ai utilisé ces mêmes données pour développer un protocole d'analyse d'apprentissage machine (ML). Le but de ce travail était de montrer qu'il était possible de prédire si des patients allaient récidiver ou pas à partir de données RNA-Seq. J'ai montré que même avec des petits jeux de données on pouvait atteindre des scores de prédiction très bon et que les algorithmes actuels de ML prenaient bien en compte la variabilité technique de la diversité des sources de données dans le CaP. Il est donc possible d'utiliser les biobanques actuelles possédées par les structures de recherches à travers le monde pour créer des jeux de données plus importants. / As part of my PhD, I developed applied data analysis approaches to perform a multi-omic analysis of prostate cancer (CaP). My project was split into two distinct parts corresponding to the two articles integrated into the body of my document. A first part of the work consisted in recovering omics data of different types (RNA-Seq, Methylation, CNA, SNA, miRNA, clinical data) associated with CaP and preparing them with an adapted bioinformatics pipeline. Then, my goal was to seek to highlight new immunity checkpoints associated with biochemical recurrence (BCR) in CaP through these data. To fulfill this objective, I used a special approach based on Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares Regression (PLS) algorithms. This has brought out a specific family of immunity checkpoints, the LILR family, which can potentially be a target family in immunotherapy. Second, I used the same data to develop a machine learning (ML) analysis protocol. The aim of this work was to show that it was possible to predict whether or not patients would relapse from RNA-Seq data. I have shown that even with small datasets, one can achieve very good prediction scores and that current ML algorithms take into account the technical variability of the diverse data sources in the CaP. It is therefore possible to use current biobanks owned by research structures around the world to create larger datasets.

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Thesis Erasmus University Rotterdam. / Auteursnaam op omslag: Rob Willemsen. ook verschenen in gedrukte versie. With bibliogr., with a summary in Dutch.

Th. 3e cycle--Pharmacol. moléculaire--Paris 5, 1982. N°: 44.

La présence d’une immunité anti-tumorale est maintenant bien établie et ce, y compris dans le cancer du sein pourtant considéré comme peu immunogénique. Cette notion a été récemment renforcée dans différentes études qui ont mis en évidence une corrélation entre la présence d’un infiltrat immun au niveau des cancers du sein primaires et le pronostic des patientes. La réponse immune anti-tumorale n’est cependant pas assez efficace pour contrôler la survenue du cancer. En effet, différents mécanismes sont utilisés par les cellules tumorales pour échapper au système immunitaire comme l’expression de ligands inhibant les cellules immunes ou la production de médiateurs immunosuppresseurs dans le microenvironnement tumoral.Ces mécanismes sont la cible des thérapies immunomodulatrices visant à réactiver la réponse immune anti-tumorale. L’approche utilisant les inhibiteurs de points de contrôle a clairement montré des résultats très encourageants pour le traitement du mélanome et du cancer du poumon. De nombreux traitements immunomodulateurs sont actuellement à l’étude dans le cancer du sein. L’objectif de ce travail de thèse de doctorat est de caractériser la réponse immune dans le cancer du sein en s’intéressant plus particulièrement à l’infiltration lymphocytaire tumorale et à l’expression de marqueurs impliqués dans l’échappement au système immunitaire. La première partie de ce travail étudie différents aspects méthodologiques permettant la quantification histologique des cellules immunes. Il démontre que l’immunohistochimie offre des résultats très reproductibles et permet de distinguer des sous-types de lymphocytes ainsi que leur organisation en structures lymphoïdes tertiaires. Il démontre également que la quantification sur biopsies préthérapeutiques est représentative de la tumeur. Enfin, l’analyse d’images se révèle être un outil utile et fiable pour quantifier l’infiltration lymphocytaire tumorale.Le deuxième volet de cette thèse consiste en une caractérisation détaillée de la densité, de la composition, et de l’organisation de l’infiltrat lymphocytaire tumoral. L’analyse par cytométrie en flux montre que d’une part, les tumeurs sont plus infiltrées en lymphocytes que le tissu mammaire sain et d’autre part, cet infiltrat est composé d’un plus haut taux de lymphocytes T CD4 et B associé à une diminution du taux de CD8. Dans 60% des cas, des structures lymphoïdes tertiaires, composées d’un follicule delymphocytes B et de cellules dendritiques entourés de lymphocytes T, sont observées dans le stroma péri-tumoral. Le niveau d’infiltration lymphocytaire et son organisation en structures lymphoïdes sont positivement corrélées à l’expression de PD-1, un récepteur inhibiteur de l’activation des cellules immunes, et de son ligand PD-L1. La dernière partie de ce travail étudie l’expression de l’enzyme CD73 impliquée dans la production d’adénosine, un puissant médiateur immunosuppresseur dans le microenvironnement tumoral. L’expression de CD73 a été mesurée par immunofluorescence combinée à une analyse d’images dans une série de cancers du sein de type triple négatif. Celle-ci est significativement associée à un plus mauvais pronostic, et est inversement corrélée à l’infiltration immune. En conclusion, les résultats découlant des différents chapitres de cette thèse démontrent qu’une réponse immune est présente dans le cancer du sein et appuie la pertinence de développer des stratégies thérapeutiques pour renforcer la réponse immune anti-tumorale dans le cancer du sein. La combinaison de marqueurs immuns tels que ceux étudiés dans ce travail permettrait de mieux caractériser le type de réponse immune anti-tumorale afin de guider le choix de la thérapie immunomodulatrice et aussi de sélectionner plus adéquatement les patientes susceptibles d’en bénéficier. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Lors de l’obésité, les défauts d’expansion du tissu adipeux blanc sont à l’origine des désordres métaboliques. Lorsque les adipocytes atteignent leurs capacités maximales de stockage de triglycérides, des dépôts ectopiques de lipides apparaissent dans le foie et le muscle conduisant à la résistance à l’insuline. De plus, les adipocytes dysfonctionnels sécrètent des facteurs d’alertes établissant une inflammation dans le tissu adipeux. Cette inflammation est médiée par les communications entre les adipocytes et les cellules immunitaires qui sont contrôlées par l’endocytose et le trafic intracellulaire. L’endocytose et les protéines Rab gouvernant ce processus pourraient être des éléments clés de l’expansion du tissu adipeux. L’équipe a démontré que l’expression de Rab4b était diminuée dans le tissu adipeux de patients obèses diabétiques et de souris obèses. Nos travaux montrent que l’expression de Rab4b est diminuée dans les lymphocytes T du tissu adipeux de souris et de patients obèses. L’invalidation de Rab4b dans les lymphocytes T in vivo induit une résistance à l’insuline et une accumulation d’acides gras dans le foie et dans le muscle sous régime normal. Ces défauts sont dus à une inhibition de l’adipogenèse par l’IL-6 et l’IL-17, limitant l’expansion du tissu adipeux. L’augmentation de ces cytokines pro-inflammatoires est une conséquence de l’augmentation du nombre de lymphocytes Th17 et une diminution des lymphocytes T régulateurs. Nous décrivons un nouveau mécanisme par lequel l’expression de Rab4b dans les lymphocytes T régule les complications métaboliques de l’obésité en changeant les sous-populations de cellules immunitaires dans le tissu adipeux. / Expendability defect of adipose tissue during obesity is at the basis of obesity-related metabolic complications. Indeed, when adipocytes reach their maximal triglyceride storage capacity, ectopic lipid depots are appearing in liver and muscles, leading to insulin resistance. Moreover, dysfunctional adipocytes secrete alarming factors leading to adipose tissue inflammation. This inflammation is sustained by adipocytes and immune cells communications that are controlled by endocytosis and intracellular trafficking. Endocytosis and its governing proteins, the Rab GTPases, could be pivotal in the regulation of adipose tissue expandability. Our team has demonstrated that Rab4b expression is reduced in obese diabetic patients and mice adipose tissues. The present work demonstrates that Rab4b is decreased in adipose tissue T cells in both obese patient and mice. The depletion of Rab4b in T cells in vivo leads to insulin resistance and lipid accumulation in liver and muscles under normal diet. These defects are due to adipogenesis inhibition by IL-6 and IL-17, which limits adipose tissue expansion. These pro-inflammatory cytokines are increased in adipose tissue of the mice depleted for Rab4b in T cells because the number of Th17 is increased at the expense of the number of regulatory T cells. We describe here a new mechanism in which Rab4b expression in T cells control obesity-related metabolic complications by tuning T cells subpopulations in adipose tissue.

Considéré comme un cancer de l'âge mûr, l'incidence du cancer colorectal ne cesse d'augmenter avec l'allongement de la vie. Dans la majorité des cas, le cancer colique est associé à une mutation du gène suppresseur de tumeur Apc, contrôlant l’activation de la signalisation Wnt/β-caténine. Afin, d'identifier de nouveaux acteurs de la tumorigenèse colique, notre laboratoire a développé des modèles murins de mutation du gène Apc qui ont pour avantage de mimer la pathologie humaine (Colnot et al, 2004 ; Andreu et al, 2005). La création de ces modèles a permis à l’équipe de démontrer i) qu’une activation physiologique de cette voie contrôle la prolifération des cellules souches et des progéniteurs ainsi que leur différenciation et ii) qu’une activation aigüe est suffisante pour déclencher l’initiation tumorale intestinale (Andreu et al, 2005; Andreu et al, 2008). Les travaux antérieurs à mon arrivée ont permis d’identifier différents évènements moléculaires et cellulaires induits en cascade suite à l’activation pathologique de la voie Wnt/β-caténine. Parmi ceux-ci, une induction transcriptionnelle de gènes impliqués dans l'autophagie a été mise en évidence. Ce processus d'auto-cannibalisme cellulaire est associé à de nombreuses pathologies telles que les maladies neurodégénératives ou infectieuses. Cependant, le rôle de l'autophagie dans le cancer reste ambivalent et son implication dans le cancer colique demeure inconnue.Dans ce contexte, mon travail de doctorat a consisté à répondre aux questions suivantes :L’induction transcriptionnelle de gène Atg s’accompagne-t-elle d’une activation du processus d’autophagie à tous les stades de la progression tumorale intestinale murine et humaine?Des études de transcriptomique à haut débit nous ont permis d’identifier une induction transcriptionnelle de gènes clés du processus d’autophagie tels qu’Atg7. Cependant, l’activation fonctionnelle de l’autophagie n’est pas toujours associée à une augmentation de la transcription des acteurs de ce processus. Nous nous sommes donc intéressés aux marqueurs couramment décris dans la littérature et permettant d’établir l’état d’activation du flux autophagique. Ainsi, nous avons étudié le niveau d’expression de ces marqueurs par des expériences de western-blot et d’immuno-marquages sur des échantillons tumoraux humains et murins à différents stades de la progression du CRC. L’inhibition de l’autophagie impacte-t-elle la carcinogénèse colorectale?Dans ce contexte, nous avons généré un modèle murin de délétion conditionnelle et simultanée d'un allèle du gène Apc et des deux allèles du gène Atg7 (gène clé de l'autophagie) spécifiquement dans les cellules épithéliales intestinales. Afin de suivre l'apparition et l'évolution des tumeurs au cours du temps, nous avons mis au point une nouvelle méthode non-invasive de reconstruction tridimensionnelle de côlons de souris, issue d'imagerie échographique à haute résolution. Dans le but de caractériser l’impact de l’inhibition de l’autophagie, les modifications propres à la cellule déficiente en autophagie ont été explorées, notamment le statut énergétique ainsi que les changements dans l’environnement immunitaire et microbien de l’épithélium intestinal. Finalement, l’inhibition génétique de l’autophagie dans notre modèle murin, prédisposé au développement de tumeurs intestinales, nous a permis de caractériser l’implication de l’autophagie dans la carcinogénèse colique, ainsi que les mécanismes moléculaires et cellulaires liant l’auto-cannibalisme cellulaire à la pathologie tumorale. / Colorectal cancer is one of the major causes of cancer-related deaths. We took advantage of Apc mutant mice that mimic the adenomatous polyps that affect humans with an inactivated Apc gene, to gain insight into the critical events that affect the development of colorectal cancer. We show that autophagy, a catabolic pathway involved in the degradation of intracellular proteins and organelles, is activated in intestinal murine and human cancer and its inhibition has a crucial role in controlling tumorigenesis. We report that the in vivo conditional deletion of the essential autophagy gene Atg7 in intestinal epithelial cells inhibits the formation of pre-cancerous lesions resulting from Apc loss by enhancing immunosurveillance. The antibody-mediated depletion of CD8+ T cells demonstrated a critical role for CD8+ T cells in antitumoral responses resulting from the inhibition of autophagy. We used a broad-spectrum antibiotics treatment to show that the expansion of IFN-producing CD8+ T cells following the deletion of Atg7 is dependent on the intestinal microbiota and is associated with Paneth and goblet cell defects. In addition, the inhibition of autophagy affected tumor cell growth and restrained cancer growth for extended time periods. We demonstrate that the inhibition of autophagy in Apc tumor cells results in a stress response accompanied by metabolic defects, characterized by AMPK activation and p53 cell cycle arrest. This study suggests that autophagy inhibitors may suppress tumorigenesis in patients at high risk of developing colorectal cancer.