Le suivi des changements dans les populations de cellules immunitaires tels que les lymphocytes, monocytes et cellules dendritiques (DC) au cours de maladies infectieuses comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) chez l'homme ou son équivalent chez le singe (VIS) est crucial. Grâce aux récentes avancées technologiques en cytométrie en flux, il est maintenant possible de mesurer et d'analyser simultanément jusqu'à 14 paramètres individuels à l'échelon cellulaire. L'objectif de ce travail consiste en la mise au point de 2 panels multicouleurs de 12 anticorps permettant d'analyser simultanément les principales populations de cellules immunitaires, respectivement chez l'humain et le macaque rhésus. Au terme de ce travail, il est maintenant possible de mesurer précisément tous les principaux acteurs du système immunitaire, à savoir les lymphocytes T CD4+ et T CD8+, les lymphocytes B, les cellules NK et NKT, les sous-populations de monocytes, et toutes les sous-populations de cellules dendritiques connues à ce jour, en utilisant une approche multiparamétrique de cytométrie en flux. Ce protocole d'analyse est réalisé sur du sang total, il est rapide, il n'implique pas de technique d'isolation cellulaire, et requiert une quantité minimum de sang. De plus, l'analyse de chaque population cellulaire est plus précise grâce à une contamination minimum entre les populations séparées. L'intérêt de ce travail est d'étudier les interactions entre les différentes populations de cellules immunitaires durant l'infection par VIH chez l'homme, ou VIS chez le singe ou potentiellement d'autres maladies, et en particulier de mieux comprendre le rôle important que les cellules dendritiques jouent dans la progression de ces maladies.

Les cellules souches suscitent de grands espoirs pour la thérapie cellulaire et l'ingénierie tissulaire. Les CSM du tissus foetaux (sang placentaire et gelée de Wharton du cordon ombilical), à l'origine d'épiblaste embryonnaire, sont considérées comme plus primitives que les CSM provenant de sources adultes. Les conditions de culture ayant un impact sur le comportement des cellules, dans notre étude, nous avons exploré l'effet de la concentration de l'oxygène sur l'expansion, l'immunophénotypage et la différenciation de ces cellules. L'objectif de ce travail est d'identifier la méthode optimale d'isolation des CSM issues de tissus foetaux. Compte tenu du faible taux de succès dans l'isolement des CSM extraites du sang placentaire, nous nous sommes dirigés vers les CSM-GW. Nous y avons déterminé in situ, les marqueurs spécifiques exprimés dans la gelée de Wharton et à la périphérie. Des études sur la morphologie, la cinétique de croissance, et sur l'expression phénotypique des marqueurs de surface, des CSM-GW, ont été effectuées sur une longue durée (7 passages) à différentes conditions de culture. Nous avons montré que la GW est composée d'une abondante matrice extracellulaire riche en collagènes et glycosaminoglycannes et que les cellules possèdent un phénotype variable selon leur localisation dans la gelée. Ce tissu est capable de fournir une quantité importante de CSM (6,7x105 Cs/cm de cordon) qui gardent une morphologie constante. Enfin, quel que soit le passage, la concentration de l'oxygène ne semble pas avoir d'effet sur le phénotype des cellules. En revanche, une faible teneur en oxygène durant l'expansion semble diminuer le temps de doublement des cellules, favoriser la chondrogénèse et inhiber la différenciation ostéogénique. Enfin, quelles que soient les conditions de culture, la différenciation adipogénique des CSM-GW semble difficile à obtenir / Stem cells are the hopes for cell therapy and tissue engineering. MSCs from fetal tissue (umbilical cord blood and WJ), which are a source of embryonic epiblast grow relatively faster comparing to other adult sources. The culture condition can affect cell behavior. In our study, we explored the effect of oxygen concentration on the expansion, immunophenotyping, and differentiation of these cells. The aim of this work is to identify the optimal method for isolation of MSCs derived from fetal tissue. Given the low rate of success in the isolation of MSCs from cord blood, we headed to WJ-MSCs. We have determined in siu, the specific markers expressed in the WJ and in the perivascular region. Studies on the morphology growth kinetics, and phenotypic expression of surface makers of MSCs isolated from WJ were made over a long period (7 passages) in different culture conditions. We have shown that WJ is composed of an abundant extracellular matrix rich in collagen and glycasominoglycans and have variable phenotype depending from their localization in the jelly. This tissue is able to provide a large amount of MSCs (6.7x105 Cs/cm of cord) that maintain a constant morphology. Finally, regardless of the passage, the oxygen concentration does not effect on the phenotype of the cells. In contrast, a low oxygen concentration during expansion appears to decrease the doubling time of MSCs, promote chondrogenesis and inhibit osteogenic differentiation. Finally, whatever the culture conditions, adipogenic differentiation of WJ-MSC seems difficult to obtain

En raison du manque d'efficacité et de la toxicité des thérapies conventionnelles contre le cancer, la recherche s'est concentrée sur le développement de nouvelles stratégies. Ces efforts ont été à l'origine de l'essor de l'immunothérapie, dont les acteurs les plus récents sont les anticorps monoclonaux ciblant les points de contrôles immunitaires (PCI). Parmi ces inhibiteurs des PCI, on retrouve les anticorps ciblant la protéine de surface « Programmed Cell Death 1 », les anti-PD1, et ceux ciblant son ligand, « Programmed Cell Death Ligand 1 », les anti-PDL-1. Ces anticorps ont démontré une efficacité spectaculaire dans plusieurs types de cancers, et sont aujourd'hui couramment utilisés en clinique comme thérapies dans le mélanome, le cancer du poumon, de la vessie et du rein. Cependant, ces traitements ne profitent pas à tous les patients atteints de cancer, avec en moyenne 60% de résistance innée, et 25% de résistance acquise après une réponse primaire aux anticorps, variable selon le type de tumeur. Les phénomènes impliqués dans la résistance sont à l'heure actuelle peu connus. Ainsi, l'objectif de mon projet de recherche consistait à établir des modèles in vivo de résistance acquise aux anti-PD1 et anti-PDL 1. Pour ce faire, nous avons utilisé des tumeurs syngéniques de rein (RENCA), de vessie (MB49 et MBT-2) et de colon (MC38) et des souris immunocompétentes, que nous avons rendues résistantes aux traitements en les soumettant à des séries de réimplantation de tumeurs et de traitements, induisant une pression de sélection jusqu'à l'obtention d'un phénotype résistant. Le succès du blocage de l'axe PD1/ PDL-1 étant fortement lié à l'état du microenvironnement tumoral, nous avons mis en place un protocole d'immunophénotypage. Nous avons ainsi pu observer les cellules au profil « anti-tumoral », telles que les cellules T, les Natural Killer, et les macrophages M1, mais également les cellules ayant une fonction immunosuppressive, telles que les macrophages M2, les MDSC, les Treg. Enfin, certaines études ayant identifié une sur-régulation des PCI inhibiteurs alternatifs dans les cas de résistance acquise à l'anti-PD1, nous avons également observé l'expression de LAG3, TIM3 et TIGIT en plus de l'expression de PD1 et PDL-1. Nous avons ainsi pu déterminer que la résistance semble très fortement dépendante du modèle tumoral, même si nous avons pu identifier une diminution des macrophages M1 anti-tumoraux dans l'ensemble des modèles résistants à l'anti- PD1, et une augmentation des Treg dans les modèles résistants à l'anti-PDL-1, suggérant un mécanisme commun de résistance propre respectivement à l'anti-PD1 et à l'anti-PDL-1. Suite à l'identification par Zaretsky et al. de gènes impliqués dans la voie interféron dans des cas de résistance acquise de mélanome traité à l'anti- PD1, nous avons également décidé d'étudier le profil moléculaire des tumeurs résistantes. Cela nous a permis d'identifier 5 gènes communs entre les modèles anti- PD1 et anti-PDL-1 résistants, dont SERPINF1 et FCNA qui semblent prometteurs comme cibles à valider. Enfin, en parallèle de l'établissement et de la caractérisation des modèles de résistance acquise, nous avons testé de nouvelles approches thérapeutiques de potentialisation des anticorps anti-PD1 et anti-PDL-1 en combinaison avec des chimiothérapies de référence pour le cancer étudié. Nous avons ainsi démontré une potentialisation dans les modèles sauvages de cancer du côlon MC38 et de la vessie MB49, aucun effet de la combinaison dans le modèle de cancer du sein métastatique 4T1, et une inhibition de l'effet de l'anti-PDL-1 avec la combinaison dans le modèle de vessie MBT-2. L'immunophénotypage nous a permis de constater ici aussi des différences très importantes entre les modèles tumoraux, au niveau basal et après traitement [etc...] / Because of the limited efficacy and the toxicity of conventional therapies to fight cancer, researchers focused on the new trategies. These efforts lead to the emergence of immunotherapies, whose msot recent actors are the monoclonal antibodies targeting immune checkpoint (ICP). Among those ICP inhibitors, we found antibodies targeting the surface protein « Programmed Cell Death 1 », called anti- PD1, and those targeting its ligand, « Programmed Cell Death Ligand 1 », called anti- PDL-1. Those antibodies shown a great efficacy in a wide diveristy of cancers, and are currently used for clinical practice in the case of melanoma, lung cancer, bladder cancer and renal cell carcinoma. However, those treatments don’t benefit to all tumor bearing patients, with a mean of 60% of innate resistance, and 25% of acquired resistance following a primary response, variable according to tumor type. Phenomena involved in resistance are currently poorly described. In this context, the aim of my project was to establish in vivo preclinical models of acquired resistance to anti-PD1 and anti-PDL-1. To do that, we used syngeneic renal cancer (RENCA), bladder cancer (MB49 and MBT-2), and colorectal cancer (MC38), and immunocompetent mice, that we have made resistant by serial reimplantations of tumors pieces and serial treatments, inducing a selection pressure until we obtained a resistant phenotype. The efficiency of PD1/PDL-1 axis blocking is strongly linked to the microenvironment composition, as a result we realized an immunophenotyping protocol. We observed anti-tumor cells as T cells, Natural Killer cells, and M1 macrophages, but also cells harboring immunosuppressive functions, as M2 macrophages, MDSC, and Treg. Moreover, some studies have identified an upregulation of alternatives ICP in the context of acquired resistance to anti-PD1, so we also observed the expression of LAG3, TIM3 and TIGIT besides PD1 and PDL-1 expression. We shown that resistance is strongly dependant to the tumor model, even if we identified a decrease of anti-tumor M1 macrophages is models resistant to anti-PD1, and an increase of Treg in models resistant to anti-PDL-1, suggesting a common mechanism of resistance specific to respectively anti PD1 and anti-PDL-1. Following Zaretsky and al. identification of genes involved in interferon pathway in the case of acquired resistance to anti-PD1 in melanoma, we decided to study the molecular profile of resistant tumors. We identified 5 common genes differently modulated between anti-PD1 and anti-PDL-1 resistant models, including SERPINF1 and FCNA which seems to be promising as targets to validate. Lastly, in parallel to establishment and characterization of preclinical models of acquired resistance, we tested new therapeutical approches of anti-PD1 and anti- PDL-1 potentiation in combination with reference chemotherapies. We shown a synergy in wild-type colorectal and bladder cancers (MC38 and MB49), no effect of the combination in metastatic breast cancer 4T1, and an inhibition of anti-PDL 1 effect in bladder cancer MBT-2. Immunphenotyping of tumors allowed us to observe here also high differences between tumor models, both at baseline and after treatments initiation. To conclude, even if our results need a validation with patients samples, we demonstrated that different cellular and molecular modifications could be involved in resistance to anti-PD1 and anti-PDL-1, and that resistance could be bypass with chemotherapy combination, according to tumor type

Le suivi des changements dans les populations de cellules immunitaires tels que les lymphocytes, monocytes et cellules dendritiques (DC) au cours de maladies infectieuses comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) chez l’homme ou son équivalent chez le singe (VIS) est crucial. Grâce aux récentes avancées technologiques en cytométrie en flux, il est maintenant possible de mesurer et d’analyser simultanément jusqu'à 14 paramètres individuels à l’échelon cellulaire. L'objectif de ce travail consiste en la mise au point de 2 panels multicouleurs de 12 anticorps permettant d'analyser simultanément les principales populations de cellules immunitaires, respectivement chez l’humain et le macaque rhésus. Au terme de ce travail, il est maintenant possible de mesurer précisément tous les principaux acteurs du système immunitaire, à savoir les lymphocytes T CD4+ et T CD8+, les lymphocytes B, les cellules NK et NKT, les sous-populations de monocytes, et toutes les sous-populations de cellules dendritiques connues à ce jour, en utilisant une approche multiparamétrique de cytométrie en flux. Ce protocole d’analyse est réalisé sur du sang total, il est rapide, il n’implique pas de technique d’isolation cellulaire, et requiert une quantité minimum de sang. De plus, l’analyse de chaque population cellulaire est plus précise grâce à une contamination minimum entre les populations séparées. L’intérêt de ce travail est d’étudier les interactions entre les différentes populations de cellules immunitaires durant l’infection par VIH chez l’homme, ou VIS chez le singe ou potentiellement d‘autres maladies, et en particulier de mieux comprendre le rôle important que les cellules dendritiques jouent dans la progression de ces maladies. / Monitoring changes in immune cell populations such as lymphocytes, monocytes and dendritic cells (DC) during infectious diseases like human immunodeficiency virus (HIV) or its counterpart in rhesus monkeys (SIV) is crucial. Thanks to recent technological advances in flow cytometry, it is now possible to measure and analyze simultaneously up to 14 individual parameters at the single cell level.The goal of this work is to develop 2 multicolor flow cytometry panels comprising of 12 antibodies, allowing measuring simultaneously the main immune cells population, respectively in humans and rhesus monkeys. After 2 years of development and optimization, we can now measure precisely all the main actors of the immune system, that is CD4+ and CD8+ T lymphocytes, B lymphocytes, NK and NKT cells, the 3 monocyte subsets, and all the dendritic cell subsets known today, by using a multicolor flow cytometry approach. This assay is done on whole blood, it is rapid to do, it does not involve a cell isolation technique, and it requires only a minimum amount of blood. Moreover, the analysis of each population is much more precise because of a minimum contamination between different cell populations. The advantage of this work is to study interactions between different cell populations of immune cells during HIV infection in humans, or SIV infection in monkeys, or potentially other diseases, and in particular to better understand the important role that dendritic cells might play in disease progression.

Le projet Milieu Intérieur a pour but d'identifier les facteurs génétiques et environnementaux ayant un impact sur la variabilité immunitaire naturelle. Cette analyse multiparamétrique requière néanmoins d'utiliser des outils standardisés. Afin d'étudier la réponse immune induite, nous avons utilisé un système optimisé prêt à l'emploi de stimulation du sang et développé un protocole unique de quantification de l'ARN afin d'étudier la signature transcriptionnelle en réponse à des immuno-modulateurs. Testant l'hypothèse que la réponse à des composés complexes peut être définie par la signature ARN de cytokines clefs et utilisant une méthode statistique robuste, nous avons identifié 44 gènes capables d'optimiser la capture de la réponse à des stimulations plus complexes aidant à la réduction dimensionnelle pour la décomposition de réponses innées. Dans une seconde étude, l'analyse semi-automatisée par cytomètrie en flux des cellules du sang a été associée à l'analyse épidémiologique et génotypique pour les 1,000 donneurs inclus dans la cohorte. Nous avons observé que le tabac, l'âge, le genre et l'infection latente par le cytomégalovirus sont les facteurs impactant le plus la variabilité immunitaire. Cette étude a montré que les paramètres des cellules innées sont contrôlés par des facteurs génétiques alors que ceux des cellules adaptatives le sont plutôt par des expositions environnementales tout au long de la vie. Des outils interactifs incluant ces données de référence accompagnent ces études. Ces analyses montrent que nous avons développé des outils performants pour une étude intégrative du modèle humain constituant une approche innovante vers une médecine personnalisée. / The project Milieu Intérieur aims to study the genetic and environmental factors that can have a major impact on occurring immunological variance in healthy human population. This characterization requires the use of standardized immunophenotyping technologies for integrating diverse, complex datasets. With this goal in mind, we used an optimized suite of standardized whole-blood stimulation systems to study the human induced immune response in physiological condition and developed a unique standardized protocol to analyze the ARN signatures upon whole-blood stimulation to test the hypothesis that responses to complex stimuli can be defined by the transcriptional signatures of key cytokines. We found 44 genes, identified using Support Vector Machine learning, which captured the diversity of complex innate immune responses with improved segregation between distinct stimuli. This provides new strategies for dimension reduction of large datasets and for deconvolution of innate immune responses, applicable for characterizing novel immunomodulatory molecules.In a second related study, we aimed to identify the environmental and genetic factors driving innate and adaptive immune cell parameters in homeostatic conditions. To do so, we combined semi-automated flow cytometric analysis of blood leukocytes and genome-wide DNA genotyping in the 1,000 healthy donors included in the collection. We show that smoking, age, gender and latent cytomegalovirus infection, are main drivers of human variation (i.e. numbers of Treg and MAIT cells). These results demonstrated that innate cell parameters are strongly controlled by genetic factors, whereas adaptive cells are driven by life-long environmental exposures. In addition, to help on the public data mining, we developed interactive R-Shiny application including healthy donor reference values for both studies.All together, these results indicate that we developed powerful tools for human system biology approaches to support personalized medecine.