Malgré la découverte des antigènes tumoraux depuis quelques décennies dans les mélanomes humains, l’immunothérapie anticancéreuse reste encore relativement inefficace. En outre, les traitements anti-tumoraux classiques tels que la chimiothérapie et la radiothérapie ont longtemps été considérés comme des traitements affectant principalement les cellules tumorales en division. Actuellement, des études de plus en plus nombreuses suggèrent que le succès de la chimiothérapie dépendrait, en partie, du système immunitaire. En effet, d’une part, les agents chimio-thérapeutiques pourraient induire une mort immunogène des cellules tumorales et donc potentialiser les réponses immunitaires. D’autre part, certains rapports montrent que la présence préalable de cellules immunes dans l’environnement tumoral améliore le pronostic clinique observé après chimiothérapie notamment.<p><p>Au cours de ce travail, nous avons étudié l’effet du cyclophosphamide (CTX, un agent alkylant) sur le système immunitaire et la résistance anti-tumorale dans des souris porteuses du mastocytome P815. Nous avons remarqué qu’une seule injection de CTX dans des souris inoculées 10-20 jours plus tôt avec une dose létale de cellules tumorales induit la survie dans 100% des souris traitées. En outre, le rejet tumoral induit par le CTX est strictement dépendant des lymphocytes T CD4+ et CD8+, et permet une résistance tumorale à long terme spécifique du mastocytome P815. Le but de cette étude était d’appréhender les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans cette mémoire spécifique de la tumeur. <p><p>Nous avons premièrement montré que le CTX augmente les réponses de type Th1 et Th17 dans des souris immunisées. L’activation de ces réponses requiert l’IL-12p40 et corrèle avec une augmentation du nombre de cellules CD11b+/F4/80+/Ly6C+, suggérant que ces DCs inflammatoires présumées pourraient être une source potentielle d’IL-12 et/ou d’IL-23. Des résultats similaires ont été observés dans des souris porteuses de la tumeur P815 et traitées au CTX. Nous avons également caractérisé les cellules T anti-tumorales effectrices qui infiltrent la tumeur et en particulier, nous avons étudié le rôle des cellules T auxiliaires CD4+ dans la migration des lymphocytes T CD8+ spécifiques de la tumeur. Nous avons observé que la déplétion des cellules T CD4+ semble induire un blocage des lymphocytes T CD8+ dans les ganglions drainant la tumeur qui ne migrent alors plus vers le foyer tumoral. Nous avons donc évalué le rôle de chimiokines/récepteurs aux chimiokines qui pourraient être impliqués dans ce processus tels que les couples CXCR3/CXCL9-10-11. <p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le système immunitaire est capable de rejeter une tumeur, même si l'interaction entre système immun et tumeurs est et reste complexe. Contrôler à long terme la croissance de la tumeur est un challenge, probablement suite à divers mécanismes de tolérance centrale et périphérique. Différentes approches d'immunothérapie du cancer ont été et sont toujours développées. Nous avons, au laboratoire, investigué et démontré, dans le cadre de deux différents modèles tumoraux murins, les capacités thérapeutiques d’une nouvelle stratégie de vaccinations combinées associant des injections de cellules dendritiques (DC) et de cellules tumorales sécrétrices de GM-CSF.<p><p>Notre travail de thèse a consisté à poursuivre l'étude de cette stratégie de vaccins combinés en étudiant plus particulièrement le rôle des lymphocytes T régulateurs (Treg) dans l'efficacité thérapeutique des vaccinations. <p>Les Treg regroupent différentes populations cellulaires immunosuppressives dérivées du thymus qui jouent un rôle clé dans le maintien de la tolérance périphérique. Les Treg naturels dont le mécanisme de suppression principal nécessite un contact cellule-cellule, expriment de façon constitutive les molécules de surface CD4, CD25 et CTLA-4 mais le marqueur le plus spécifique est le facteur de transcription Foxp3 qui est indispensable à leur développement et à leur fonction suppressive. Dans un premier temps, nous avons donc caractérisé les Treg de rat pour l'expression de Foxp3 et la nature et spécificité antigénique de leur fonction suppressive. Nos résultats démontrent d’une part, une expression de Foxp3 restreinte aux LT CD25+ natifs et liée à une fonction suppressive s'exerçant par contact cellule-cellule et d’autre part, une spécificité antigénique non-restreinte de ces Treg. <p><p>Ensuite, nous avons utilisé ce modèle de vaccination associant des injections de DC et de cellules tumorales sécrétrices de GM-CSF pour analyser comparativement les réponses immunes induites chez les rats vaccinés guéris ou non-guéris et les rats contrôles non vaccinés et identifier les paramètres cruciaux conduisant à l'éradication de la tumeur. Nos résultats ont montré que la principale différence entre rats vaccinés guéris et non guéris ne réside pas dans l'induction de réponses cytotoxiques systémiques spécifiques de la tumeur. Par contre, la guérison est associée à la persistance d'une réponse systémique LT CD4+ TH1 ainsi qu'au recrutement important en intratumoral de LT CD8+ cytotoxiques lié à une faible proportion relative de Treg. <p><p>Comme dans la majorité des études publiées chez l'animal, les DC utilisées dans ces vaccins combinés ont été générées à partir de rats naïfs, par différenciation de précurseurs de la moëlle osseuse en présence de GM-CSF seul. Par analogie avec les vaccins DC administrés aux patients cancéreux, nous avons aussi dérivé des DC à partir de la moëlle osseuse de rats porteurs d’une tumeur (TUM+) et nous avons constaté que ces mêmes vaccins combinés montraient in vivo une efficacité thérapeutique nettement moins bonne que leurs équivalents naïfs. Nous avons établi que cette différence d’efficacité était liée à la présence de Treg fonctionnels dans les vaccins DC dérivés de rats TUM+. Puis, nous avons établi le lien entre la présence de Treg dans les vaccins DC TUM+ et leur moins bonne efficacité thérapeutique en montrant qu'un traitement in vivo des rats TUM+ au témozolomide (TMZ) avant de générer les vaccins DC résultait in vitro, en une moindre expression de Foxp3 et une fonction suppressive diminuée et in vivo, en une bien meilleure survie des rats vaccinés.<p><p>Enfin, dans le but d’une utilisation future en clinique, nous avons développé une approche simplifiée ‘tout in vivo’ de notre modèle de vaccinations combinées, en utilisant la tumeur localement irradiée in vivo comme source d’antigène pour des DC autologues injectées en péri-tumoral et un apport exogène de GM-CSF. Nous avons utilisé des adénovirus associés recombinants porteurs du gène du GM-CSF (AAV1-GM-CSF) pour transduire la tumeur in vivo. Ces injections intratumorales d’AAV1-GM-CSF ont montré de bons résultats en vaccinations combinées puisque 60% des rats ont pu être guéris d’une tumeur 9L pré-implantée. Nous avons ensuite expérimenté l’enrobage des AAV1-GM-CSF dans un polymère biocompatible et thermosensible, le poloxamère, avant de les injecter en intratumoral, sans observer de meilleur effet thérapeutique. Cependant, nous avons constaté que l'utilisation du poloxamère pour enrober du GM-CSF recombinant permettait d'améliorer nettement la survie des rats vaccinés par comparaison à l'utilisation de GM-CSF recombinant seul.<p><p>La stratégie de vaccinations combinées que nous avons largement explorée et validée chez le rat serait une alternative intéressante à développer en clinique, particulièrement en combinaison avec un traitement permettant d'éliminer les Treg à la fois dans les vaccins et chez les patients vaccinés.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans l’approche expérimentale de l’immunothérapie des tumeurs solides, les modèles murins sont utilisés pour des raisons de rapidité et de reproductibilité. Le plus souvent, les modèles tumoraux murins sont ectopiques ce qui constitue un modèle artificiel qui ne reflète qu’une partie de la réalité biologique de tumeurs provenant de diverses origines.Mon projet de thèse a consisté à mettre au point de nouveaux modèles pré-cliniques murins permettant de mieux mimer les situations pathologiques des tumeurs solides chez l’homme. Pour cela, je me suis notamment intéressée à un modèle orthotopique de cancer du rein (implantation de cellules RenCa ou RenCa-MUC1 dans la capsule rénale) et à un modèle spontané de cancer du sein (souris MMTV-PyMT). Ces modèles ont ensuite permis l’évaluation de trois différentes approches d’immunothérapie à savoir la thérapie virale oncolytique, la vectorisation d’antigènes tumoraux au moyen d’un vecteur viral ainsi que la thérapie via un anticorps monoclonal. / In experimental approaches to immunotherapy of cancer, mouse tumor models are used for reasons of speed and reproducibility. Ectopic mouse tumor models are the most often used, but they constitute artificial models that reflect only a part of the biological reality of tumors from various origins.The aim of my thesis project was to develop new mouse preclinical tumor models to better mimic the pathological situations of solid tumors in humans. First, I developed an orthotopic model of kidney cancer (subcapsular kidney implantation of a renal carcinoma cell line which either expressed or did not express the human xeno-antigen, MUC1). In addition to this, I also studied a spontaneous model of breast cancer (MMTV-PyMT).These models enabled us to evaluate the efficacy of three different immunotherapy approaches namely oncolytic virus strategy, tumor antigen vectorization by using a viral vector, and monoclonal antibody.

Pythiosis is a disease caused by the oomycete Pythium insidiosum that affects horses, cattle, sheep, cats and humans, and occurs in tropical, subtropical and temperate regions. In horses the lesions are characterized by ulcerative eosinophilic granulomas. Most drugs are ineffective against this pathogen and immunotherapy has shown promise in the regression of the disease, even without the complete elucidation of the immune mechanisms involved. The purinergic system via adenine nucleotides (ATP and ADP) and its derivated nucleoside (adenosine), plays an important role in modulating the immune and inflammatory responses. Once released by cells, nucleotides interact with specific receptors and their extracellular concentrations are controlled by a group of ecto-enzymes, among which are ENTPDase (ecto-nucleoside triphosphate diphosphohydrolase) and ADA (adenosine deaminase). Taking into account the importance of immunotherapy in the treatment of pythiosis and a possible involvement of purinergic signaling in the immune response, the activities of E-NTPDase and E-ADA were evaluated in lymphocytes of rabbits with experimental pythiosis. For disease induction, zoospores were inoculated, subcutaneously, in the lateral region of the torax of each rabbit. These animals were evaluated weekly and the nodular area (cm2) developed was determined after 28 days of inoculation. Animals with experimental pythiosis, confirmed by enzyme immunoassay and the development of characteristic lesions, were treated with immunotherapy, whereas the ratio between the enzymatic activity in lymphopcytes and the consequent triggered immune response was investigated. Animals that did not develop lesions and those from the control group showed the same pattern of ectoenzymatic activity. E-NTPDase activity in lymphocytes of rabbits with experimental pythiosis was significantly higher (p<0,001) in relation to ATP hydrolysis (about 100%) and may be related to decreased (p<0,05) serum ATP (54,04%), when compared to the control group. After immunotherapeutic treatment, the activity of E-NTPDase showed similar values to those observed on the day of inoculation. Moreover, rabbits with experimental pythiosis showed a significant decrease (p<0,01) in the activity of E-ADA (82,36%), and this would lead to a significant increase in the extracellular concentration of adenosine (2,51 times), in relation to the control group (p<0,01). After immunotherapy, this group of animals showed a significant increase in the activity of E-ADA (78,62%) (p<0,01). Through this study, it can be observed that an increased activity of E-ADA, during pythiosis, leads to extracellular regulation of ATP and adenosine concentration. As a result, low levels of extracellular ATP could activate P2Y receptors, while high levels of extracellular adenosine may activate A2A and/or A2B receptors, triggering a TH2 response, responsible for the tissue damage generated by infection. After immunotherapy, it can be observed an inversion in the behaviour of the enzymatic activities, stimulating a TH1 response in the host. The switch from a TH2 response, responsible for the injuries that occur on pythiosis, to a TH1 response, is the most accepted hypothesis to explain the healing properties of immunotherapy. Thus, it is suggested the involvement of purinergic system in the pattern of immune response that occurs during pythiosis and after immunotherapy. / A pitiose é uma doença causada pelo oomiceto Pythium insidiosum que acomete equinos, bovinos, ovinos, felinos e seres humanos, e ocorre em regiões tropicais, subtropicais e temperadas. Em equinos as lesões são caracterizadas por granulomas eosinofílicos ulcerados. A maioria das drogas antifúngicas é ineficaz contra este patógeno e a imunoterapia tem se mostrado promissora na regressão da doença, mesmo sem a elucidação completa dos mecanismos imunes envolvidos. O sistema purinérgico, através dos nucleotídeos de adenina (ATP e ADP) e seu derivado nucleosídeo (adenosina), desempenha um importante papel na modulação da resposta imune e inflamatória. Uma vez liberados pelas células, os nucleotídeos interagem com receptores específicos e suas concentrações extracelulares são controladas por um grupo de ecto-enzimas, entre as quais estão a E-NTPDase (Ecto-Nucleosídeo Trifosfato Difosfoidrolase) e ADA (adenosina desaminase). Levando-se em conta a importância da imunoterapia no tratamento da pitiose e uma possível participação da sinalização purinérgica na resposta imune, foram avaliadas as atividades das ecto-enzimas NTPDase e ADA em linfócitos de coelhos com pitiose experimental. Para a indução da doença, zoósporos foram inoculados por via subcutânea, na região lateral do tórax, de cada coelho. Os coelhos inoculados foram avaliados semanalmente e a área nodular (cm2) desenvolvida foi determinada após 28 dias da inoculação. Os animais com pitiose experimental, confirmada por teste imunoenzimático e pelo desenvolvimento de lesão característica, foram tratados com imunoterápico, sendo que a relação entre as atividades enzimáticas nos linfócitos e o tipo de resposta imune foi investigada. Os animais que não desenvolveram lesão e os animais do grupo controle mostraram o mesmo padrão de atividade das ectoenzimas. A atividade da E-NTPDase nos linfócitos dos coelhos com pitiose experimental mostrou-se significativamente maior (p<0,001) em relação à hidrólise de ATP (em cerca de 100%), podendo estar relacionada à diminuição (p<0,05) da concentração sérica de ATP (54,04%), quando comparado ao grupo controle. Após o tratamento com o imunoterápico, a atividade da E-NTPDase apresentou valores semelhantes aqueles observados no dia da inoculação. Por outro lado, os coelhos com pitiose experimental apresentaram uma diminuição significativa (p<0,01) na atividade da E-ADA (82,36%), o que levaria a um importante aumento na concentração extracelular de adenosina (2,51 vezes) em relação ao grupo controle (p<0,01). Após a imunoterapia, este grupo de animais apresentou um aumento significativo na atividade da E-ADA (78,62%) (p<0,01). Através deste estudo, podese observar que a atividade aumentada da E-NTPDase e a atividade diminuída da E-ADA, durante a pitiose, levam à regulação da concentração do ATP e da adenosina no meio extracelular. Em conseqüência, baixos níveis extracelulares de ATP poderiam ativar receptores P2Y, enquanto, altos níveis de adenosina poderiam ativar receptores A2A e/ou A2B desencadeando uma resposta TH2, responsável pelos danos teciduais gerados na infecção. Com a imunoterapia, pode-se observar uma inversão no comportamento das atividades enzimáticas, estimulando uma resposta TH1 no hospedeiro. A mudança de uma resposta TH2, responsável pelas lesões que ocorrem na pitiose, para um padrão de resposta TH1, é hipótese mais aceita para explicar as propriedades curativas da imunoterapia. Dessa forma, sugere-se a participação do sistema purinérgico no padrão de resposta imune que ocorre durante a pitiose e após a imunoterapia.

La formation et le développement d'une tumeur sont provoqués par une série de défauts qui se produisent à l'intérieur de la cellule cancéreuse et dans son microenvironnement. Ces anomalies permettent à la cellule de développer ses propres stratégies de croissance, de prolifération, de différenciation et de métabolisme. Toutes ces adaptations, ainsi que la création d'un micro-environnement unique favorisent la croissance de la tumeur et inhibent la réponse immunitaire anti-tumorale. Le métabolisme des cellules cancéreuses et l'évasion immunitaire sont des points très sensibles dans le développement des cancers et peuvent être utilisés en clinique. Les études récentes suggèrent que ces deux phénomènes sont liés, et que le métabolisme des cellules cancéreuses peut amener à l'échappement immunitaire par la tumeur. Le métabolisme des cellules tumorales a tendance à éviter l'activité mitochondriale et la phosphorylation oxydative, et est principalement basée sur la glycolyse pour la production d'énergie (effet Warburg). Mon travail de thèse est divisé en deux parties. Dans la première partie nous avons proposé un concept thérapeutique novateur avec une nouvelle thérapie combinatoire pour le traitement de cancers hématologiques. Cette thérapie est basée sur l'induction de changements métaboliques par le dichloroacétate (DCA), et elle est associée avec la chimiothérapie conventionnelle (doxorubicine, vincristine) pour réactiver les fonctions de p53. Les tumeurs avec p53 mutantes sont résistantes à cette combinaison. Dans ce cas, nous avons constaté que le DCA peut coopère avec 17-AAG (l'inhibiteur de Hsp90) pour éliminer spécifiquement les cellules cancéreuses. En conséquence, une meilleure compréhension des signaux et des mécanismes par lesquels le DCA sensibilise les cellules tumorales à la chimiothérapie est nécessaire pour en comprendre le mode d'action. En outre, l'identification de ce mécanisme permettra d'élucider les voies métaboliques impliquées dans la survie des cellules cancéreuses. La deuxième partie de ma thèse se concentre sur la biologie des cellules NK. Les cellules NK sont des lymphocytes du système immunitaire inné et possèdent une cytotoxicité naturelle contre les cibles, c'est à dire les cellules tumorales. L'utilisation optimale des cellules NK en clinique nécessite leur expansion et leur activation in vitro. Les cellules NK s'activent en présence de cytokines ou par le contact avec les cellules cibles. L'activation des cellules NK induit la prolifération, mais celle-ci dépend aussi de la présence d'autres cellules immunitaires. L'activation, par les cytokines et par les cellules cibles, induit un différent ARNm/microARN profil d'expression. L'analyse détaillée des isoformes de la protéine tyrosine phosphatase CD45 a permis de caractériser de nouvelles populations de cellules NK anti-tumorales humaines. L'identification de différentes populations de cellules NK est très importante pour la compréhension de leur physiologie et pour l'amélioration de leur utilisation en immunothérapie clinique. Cela peut également donner des informations précieuses sur l'état physiologique de l'hôte. En effet, l'augmentation des cellules CD45RAdim et CD45RO + dans le compartiment des cellules NK matures identifie clairement les patients avec des hémopathies malignes. Nous pensons que leur détection peut être utilisée comme un outil de diagnostic et également pour évaluer l'efficacité des traitements anti-tumoraux, car ces populations de cellules NK spécifiques devraient diminuer lors de l'élimination de cellules tumorales cibles. Dans l'avenir, nous voulons combiner le traitement du métabolisme de la tumeur avec la thérapie anti-tumorale basée sur les cellules NK. Sur la base de nos données préliminaires, nous pouvons proposer le traitement des cellules cancéreuses par des médicaments métaboliques pour augmenter la sensibilité et la reconnaissance par les cellules NK activées. / Tumor formation and development are caused by a range of defects that occur inside the cancer cell and in the external cellular microenvironment. These abnormalities allow developing tumors to establish their own strategies of growth, proliferation, differentiation and metabolism. All these adaptations, as well as the creation of a unique microenvironment, promote tumor growth and suppress the anti-cancer immune response. Tumor cell metabolism and immune evasion are sensitive points of cancer development that can be targeted in clinic. Recent studies suggest that these two phenomena are related and that cancer cell metabolism may propel tumor immune escape. Tumor cell metabolism tends to avoid mitochondrial activity and oxidative phosphorylation (OXPHOS), and largely relies on glycolysis to produce energy (Warburg effect). My thesis work is divided into two parts. The first one proposes an innovative therapeutic strategy, which is the use of different combinatorial therapy depending on the p53 status for the treatment of hematological cancers. This is based on the induction of metabolic changes by dichloroacetate (DCA), combined with conventional chemotherapy (doxorubicin, vincristine) to reactivate wild type p53 functions. Mutant p53 tumors are resistant to this combination approach. However, we found that DCA synergized with the Hsp90 inhibitor 17-AAG to specifically eliminate these cells. Therefore, a clearer understanding of the signals and mechanisms by which DCA sensitize cancer cells to chemotherapy was needed to understand its mode of action. We uncovered it in our work. In addition, identification of this mechanism will help to elucidate metabolic pathways involved in cancer cell survival.The second part of my thesis is focused on the study of NK cell biology. NK cell is an innate immune system lymphocyte lineage with natural cytotoxicity against targets, i.e. tumor cells. Its optimal use in the clinic requires in vitro expansion and activation. Cytokines and the encounter with target cells activate NK cells, induce their proliferation, and cause clearly different mRNA/miRNA expression profile. Detailed analysis of the leucocyte-specific phosphatase CD45 isoforms allowed us to characterize new human anti-tumor NK cell populations. The identification of the different NK cell populations is important for understanding their physiology and for improving their therapeutic use in the clinic. It can also give valuable information about the host physiological status. Indeed, the increase of CD45RAdim and CD45RO+ cells in the mature NK cell compartment clearly identifies patients with hematological malignancies. We thus hypothesize that their detection could be used as a diagnostic tool, and also to assess the efficacy of antitumor treatments, because these specific NK cell populations should decrease upon removal of the targeted tumor cells. Our future goal is to use a novel combinatorial therapy in hematological cancers that will combine metabolic drugs and NK cell-based therapy. Based on our preliminary data, we propose that the treatment of cancer cells with metabolic drugs could increase their sensitivity and recognition by activated NK cells.

Les nanomatériaux combinant des fonctions de ciblage, d'imagerie, de thérapie et de détection font l'objet de nombreuses recherches dans le domaine de la santé. Les travaux présentés dans cette thèse concernent la multi‐fonctionnalisation de nanoparticules (NPs) par un procédé de synthèse supportée. Le support solide développé dans cette étude est constitué d'un matériau poreux en verre sur lequel sont greffées de manière temporaire des nanoparticules de silice. La fonctionnalisation de la surface des nanoparticules a été réalisée de façon automatisée par une chimie de synthèse dite aux phosphoramidites. Dans un premier temps, cette technique a permis d'obtenir des densités de greffage de l'ordre de 5000 à 7000 oligonucléotides par nanoparticule, ce qui représente une fonctionnalisation 10 à 20 fois supérieure à celles obtenues par des méthodes de greffage en solution. Les brins d'ADN synthétisés sur les NPs ont montré une bonne accessibilité pour l'hybridation avec un brin d'ADN complémentaire, ouvrant la voie à des applications thérapeutiques ou à l'intégration de ces objets dans des systèmes de détection. La deuxième partie de ces travaux est consacrée à la vectorisation d'une protéine thérapeutique, le G‐CSF (facteur de croissance de colonies de granulocytes), par des nanoparticules présentant également des propriétés d'imagerie. Ces nanovecteurs thérapeutiques ont montré des propriétés de stimulation cellulaire in vitro et de ciblage de la rate, organe réservoir de neutrophiles, in vivo. Enfin il a été démontré que la modification de NPs sur support ouvre des perspectives intéressantes pour la préparation d'assemblages complexes de nanoparticules (dimères et NPs dissymétriques) / Nanomaterials combining targeting, imaging, therapy and sensing properties are of growing interest for biomedical applications. The work reported in this thesis concerns nanoparticle (NP) multifunctionalization by solid phase synthesis. The solid support developed in this study is composed of a porous glass material on which silica NPs are temporarily grafted. Nanoparticle surface functionalization was performed by automated synthesis using phosphoramidite chemistry. Firstly, high surface loadings from 5000 to 7000 oligonucleotides per NP were achieved, representing a functionalization 10 to 20‐fold greater than those obtained by coupling methods in solution. DNA strands synthesized on NPs showed a good accessibility for hybridization with a complementary DNA strand, paving the way for therapeutic applications or integration of these objects in detection systems. The second part of this work was devoted to the vectorization of a therapeutic protein, GCSF (Granulocyte‐Colony Stimulating Factor) by nanoparticles that also exhibited imaging properties. These therapeutic nanocarriers showed cell stimulating properties in vitro and spleen targeting, which is a reservoir of neutrophils, in vivo. Finally, it was demonstrated that the solid phase modification of NPs opens interesting perspectives for the production of complex nanoparticle assemblies (dimers and asymmetric NPs)

Abstract : CD8 + T cells can be programmed in their naïve state with pro-inflammatory cytokines such as IL-15 and IL-21. IL-15 induces the proliferation of CD8 + T cells and allows the generation of memory cells. IL-21 programs CD8 + T cells to become more cytotoxic while retaining a memory type phenotype. In the laboratory, we studied the effect of these two cytokines in different contexts by using the mouse model MHC-I-restricted Pmel-1 transgenic TCR specific to the melanoma-derived gp10025-33 antigen, which is also expressed by normal melanocytes. First, we elucidated the effect of IL-15 on CD8 + T cells in the Pmel-1 transgenic model lacking the protein Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 is a critical regulator of T cell homeostasis. We have found that these mice have CD8 + T-cells expressing surface proteins characteristic of memory T cells (CD44, Ly6C, CD122 and CD62L). However, these cells decrease the expression of the TCR and increase that of CD5, indicative of TCR activation in vivo. When stimulated in vitro, these cells displayed a highly cytotoxic phenotype but very low proliferation. Adoptive cell transfer studies in Rag1 - / - mice showed that these cells can undergo homeostatic proliferation under lymphopenic conditions. This proliferation was characterized by severe inflammatory lesions in the skin, extremities and eyes. This study demonstrates the importance of IL-15 and SOCS1 in the regulation of self-reactive cells that can be activated under lymphopenic conditions and can cause autoimmune diseases. Second, we studied the synergistic effect of IL-15 and IL-21 in native CD8+ T cells for cancer immunotherapy. We used the mouse melanoma model B16-F10 (B16) which expresses very weakly MHC-I molecules. In parallel, we studied the effect of NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5) overexpression, the trans-activator of MHC-I genes, in B16 cells in order to increase their immunogenicity and restore anti-tumor immunity. We generated stable lines of B16 cells expressing NLRC5 (B16-5); the co-stimulatory molecule of T cells, CD80 (B16-CD80), or both (B16-5 / 80). The over-expressing NLRC5 cells positively regulated the MHC-I and LMP2, LMP7 and TAP1 genes. B16-5 cells efficiently presented gp10025-33 to CD8+ Pmel-1 T cells and induced their proliferation. This proliferation was very robust when Pmel-1 naive cells were pre-stimulated with IL-15 and IL-21 prior to activation. In the presence of CD80, B16-5 cells stimulate Pmel-1 cells even without the addition of gp100, indicating that NLRC5 facilitates the treatment and presentation of endogenous tumor antigens. During subcutaneous implantation, B16-5 cells showed a significant reduction in tumor growth in C57BL/6 hosts but not in immunodeficient hosts, indicating that tumor cells expressing NLRC5 generated an anti-tumor immunity. This response is dependent on CD8 + T cells since in mice depleted of these cells, B16-5 cells formed large subcutaneous and pulmonary tumors. Finally, immunization with irradiated B16-5 cells allowed anti-tumor protection during challenge of parental B16 cells. Collectively, our results indicate that NLRC5 could be exploited to restore tumor immunogenicity and to stimulate protective antitumor immunity. / Les cellules T CD8+ peuvent être programmées à leur état naïf avec des cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-15 et l’IL-21. IL-15 induit la prolifération de cellules T CD8+ et permet la génération de cellules T CD8+ mémoire. IL-21 programme les cellules T CD8+ à devenir plus cytotoxiques tout en conservant un phénotype de type mémoire. Dans le laboratoire, nous avons étudié l’effet de ces deux cytokines dans différent contextes en utilisant le modèle de souris transgénique Pmel-1 qui possède des récepteurs de cellules T (TCR) spécifiques envers le peptide gp10025-33, exprimé par des cellules de mélanome et aussi par des mélanocytes. Premièrement, nous avons élucidé l’effet de l’IL-15 sur les cellules T CD8+ dans le modèle transgénique Pmel-1 déficient dans la protéine Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 est un régulateur critique de l’homéostasie de lymphocytes T. Nous avons trouvé que ces souris ont de cellules T CD8+ exprimant des protéines de surface caractéristique de cellules T mémoire (CD44, Ly6C, CD122 et CD62L). Cependant, ces cellules diminuent l’expression du TCR et augmentent celle de CD5, ce qui témoigne d’une activation du TCR in vivo. Lorsque stimulées in vitro, ces cellules montrent un phénotype hautement cytotoxique mais une prolifération très faible. Lorsque nous avons fait des études de transfert cellulaire adoptive dans de souris Rag1-/-, ces cellules ont proliféré de façon importante causant des lésions inflammatoires sévères dans la peau, les extrémités et les yeux. Cette étude démontre l’importance de l’IL-15 et de SOCS1 dans la régulation de cellules auto-réactives qui peuvent être activées sous des conditions lymphopéniques et qui peuvent causer de maladies auto-immunitaires. Deuxièmement, nous avons étudié l’effet synergique d’IL-15 et d’IL-21 dans les cellules T CD8+ naïves pour l’immunothérapie du cancer. Nous avons utilisé le modèle B16-F10 (B16) de mélanome de souris qui exprime très faiblement des molécules de CMH-I. En parallèle, nous avons étudié l’effet de la surexpression de NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5), le trans-activateur de gènes de CMH-I dans les cellules B16, dans le but d’augmenter leur immunogénicité et de restaurer l’immunité anti-tumorale. Nous avons généré des lignées stables de cellules B16 exprimant NLRC5 (B16-5); la molécule co-stimulatrice de cellules T, CD80 (B16-CD80), ou les deux (B16-5 / 80). Les cellules sur-exprimant NLRC5 ont régulé positivement de manière constitutive les gènes MHC-I et LMP2, LMP7 et TAP1. Les cellules B16-5 ont efficacement présenté gp10025-33 aux cellules T CD8+ Pmel-1 et ont induit leur prolifération. Cette prolifération a été très robuste lorsque les cellules naïves Pmel-1 étaient pré-stimulées avec IL-15 et IL-21 avant leur activation. En présence de CD80, les cellules B16-5 stimulent les cellules Pmel-1 même sans l'addition de gp100, ce qui indique que NLRC5 facilite l’apprêtement et la présentation des antigènes tumoraux endogènes. Lors de l'implantation sous-cutanée, les cellules B16-5 ont montré une réduction significative de la croissance tumorale chez des hôtes C57BL/6, mais pas chez des hôtes immuno-déficients, ce qui indique que les cellules tumorales exprimant NLRC5 ont provoqué une immunité anti-tumorale. Cette réponse est dépendante de cellules T CD8+ puisque chez les souris déplétées de ces dernières, les cellules B16-5 ont formé de grandes tumeurs sous-cutanées et pulmonaires. Enfin, l'immunisation avec des cellules B16-5 irradiées a permis une protection anti-tumorale lors de la réimplantation des cellules B16 parentales. Collectivement, nos résultats indiquent que NLRC5 pourrait être exploité pour restaurer l'immunogénicité tumorale et pour stimuler l’immunité anti-tumorale protectrice.

La surveillance immunologique des tumeurs repose sur la capacité des cellules effectrices du système immunitaire à détecter et à éliminer les cellules cancéreuses. Nonobstant ce constat, la régression complète et spontanée de cancers établis n’est observée que dans de très rares cas. L’échec de la résolution des cancers par le système immunitaire pourrait résulter de la conjonction de plusieurs facteurs : i) une réponse immune inadéquate liée au manque d’immunogénicité des tumeurs, ii) l’incompétence du système immunitaire consécutif à des immunodéficiences acquises ou induites et iii) la sélection de variants tumoraux résistants capables de déjouer la surveillance opérée par le système immunitaire ou de subvertir ses effets. Ainsi, le développement de stratégies visant à potentialiser les réponses antitumorales de l’hôte revêt un enjeu crucial en cancérologie.Au laboratoire, notre travail de recherche a pour objectif de mieux caractériser les liens entre réponse immunitaire et cancer. Mon travail de thèse vise précisément à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la différenciation des lymphocytes T CD4 et à déterminer le rôle de ces cellules dans l’immunité antitumorale. Au cours de ma thèse, nous nous sommes particulièrement attachés à explorer les mécanismes moléculaires qui sous tendent la différenciation des populations lymphocytaires Th17, Th9 et TFh pour mieux appréhender et moduler leurs fonctions effectrices afin d’optimiser les réponses antitumorales. Ces travaux s’inscrivent dans une démarche d’application potentielle en immunothérapie anticancéreuse, un domaine de recherches qui connaît actuellement des avancées spectaculaires.Nous avons tout d’abord étudié l’influence de l’acide docosahexaénoïque (DHA), un acide gras à longue chaîne de la série n 3, sur la différenciation des cellules Th17. Nous avons mis en évidence le mécanisme moléculaire responsable de l’inhibition directe de la polarisation cellulaire Th17 par le DHA. L’activation de PPARγ par le DHA induit l’expression de SOCS3 qui agit comme un répresseur intrinsèque de la différenciation Th17. Dans deux modèles de cancers murins, nous avons également montré que l’activité anticancéreuse du DHA était dépendante de sa capacité à inhiber la sécrétion d’IL 17 par les cellules T CD4 in vivo. Nous avons ainsi caractérisé l’un des mécanismes impliqués dans l’effet anticancéreux du DHA.Dans un deuxième travail, nous avons caractérisé les effets de l’interleukine 1β sur le programme moléculaire des cellules Th9. Nous avons montré que les cellules Th9 différenciées en présence d’IL-1β possédaient de puissantes propriétés anticancéreuses dépendantes de l’IL-21 reposant sur l’activation du facteur de transcription IRF1. Au niveau moléculaire, nous avons démontré que l’IL-1β induisait la phosphorylation de STAT1 elle même responsable de l’activation d’IRF1 qui est alors capable d’interagir sur les promoteurs de l’Il9 et de l’Il21 pour induire l’expression de ces gènes dans les cellules Th9.Le dernier projet porte sur la régulation transcriptionnelle du facteur de transcription IRF1 sur la réponse T folliculaire auxiliaire et cherche à en évaluer les retombées potentielles en immunothérapie anticancéreuse. Notre étude met en évidence l’activation précoce d’IRF1 dans la différenciation TFh et suggère que ce facteur de transcription semble initier le développement de ces cellules. Des approches de transfert adoptif révèlent que les TFh semblent posséder des propriétés anticancéreuses capables de limiter efficacement la croissance des tumeurs dans des modèles murins. Enfin, après caractérisation phénotypique nous montrons que les cellules TFh sont présentes dans des tumeurs mammaires chez l’Homme et validons la présence d’IRF1 dans ces lymphocytes. / Immune surveillance of tumors is based on the ability of effector cells of the immune system to detect and eliminate the cancer cells. Notwithstanding, the complete and spontaneous regression of established cancers was observed only in very few cases. The failure of cancer resolution by the immune system could result from the combination of several factors: i) inadequate immune response related to a low tumor immunogenicity, ii) incompetent immune system consecutively to induced or acquired immunodeficiencies and iii) the selection of resistant tumor variants able to thwart immune surveillance or subverting immune responses. Developing novel cancer immunotherapy strategies leading to potentiation of the host antitumor responses is thus a key challenge in oncology.We aim to better characterize the relationships between immune response and cancer. My work is precisely to understand the molecular mechanisms involved in CD4 T cell differentiation and to determine the role of these cells in antitumor immunity. I am particularly committed to explore the molecular mechanisms underlying the Th17, Th9 and TFh cell differentiations. The goal is to better understand and adjust their effector functions to optimize antitumor responses. This work is part of a potential application in cancer immunotherapy approach, an area that is experiencing dramatic advances and is likely to grow in the years ahead.We first studied the influence of the n 3 polyunsaturated fatty acid docosahexaenoic acid (DHA) on Th17 cell differentiation. We unraveled the molecular mechanism responsible for the direct inhibition of Th17 cell polarization by DHA, explaining one way of DHA to exert its anticancer activity. TH17 cells induced in vitro displayed increased SOCS3 expression and diminished capacity to produce interleukin 17 following activation of PPARγ by DHA. In two different mouse cancer models, DHA prevented tumor outgrowth and angiogenesis in an IL 17 dependent manner. Altogether, our results uncover a novel molecular pathway by which PPARγ induced SOCS3 expression prevents IL 17 mediated cancer growth.Then, we characterized the effects of interleukin 1β (IL-1β) on Th9 cells molecular program. We found that the transcription factor IRF1 enhanced the effector functions of Th9 cells and dictated their anticancer properties. Under Th9 skewing conditions, IL-1β induced phosphorylation of the transcription factor STAT1 and subsequent expression of IRF1, which bound to Il9 and Il21 gene promoters and enhanced their secretion by Th9 cells. In addition, IL-1β induced Th9 cells exerted potent anticancer functions in an IRF1 and IL 21 dependent manner. Thus, our findings identify IRF1 as a target for controlling the function of Th9 cells.We are currently investigating the transcriptional regulation of IRF1 on follicular helper CD4 T (TFh) cell program. We address the question whether TFh cells could be beneficial in cancer immunotherapy. Our study highlights the early activation of IRF1 during the TFh cell polarization and suggests that IRF1 appears to initiate the development of these cells. Adoptive transfer approaches show that TFh lymphocytes seem to habor anticancer properties by limiting efficiently tumor outgrowth in mouse models of cancer. Finally, phenotypic characterization of TFh cells points out that they infiltrate human breast tumors and express IRF1.

A imunoterapia utilizando linfócitos T modificados com receptor quimérico de antígenos (CAR) tem se mostrado eficaz no tratamento de leucemia e linfomas resistentes à quimioterapia. A proteína CD19 é considerada um alvo ideal porque é expressa na maioria dos tumores de linfócitos B e linfócitos B normais, mas não em outras células. Estudos clínicos recentes mostraram excelentes respostas de linfócitos T-CAR em uma variedade de tumores de células B. Os vetores lentivirais são o método mais comumente utilizado para modificação genética em ensaios clínicos. Este estudo teve como objetivo desenvolver uma plataforma eficiente para a produção de lentivírus e testar a funcionalidade desses vetores para que possam ser usados para modificar geneticamente linfócitos T. A transfecção transiente de céulas HEK293T com plasmídeos na proporção de 3:1:1:1 (transgene:gag-pol:VSV-G:rev) utilizando lipossomos catiônicos e 5 mM de butirato de sódio resultou nos títulos virais mais elevados. Isso representa um aumento de 17 vezes no título viral da transfecção com polietilenoimina (PEI). Três métodos para concentracao lentiviral foram utilzados nesse trabalho, ultracentrifugação, filtração tangencial e ultrafiltração. A ultrafiltração sobre membrana com corte de peso molecular (MWCO) de 100 kDa resultou na maior taxa de recuperação de partículas virais viáveis, aproximadamente 82%. As partículas virais produzidas por este processo demonstraram ser funcionais para a transdução de linfócitos T. Além disso, o receptor quimérico (CAR) se mostrou específico contra o antígeno CD19 de células B, resultando na ativação dos linfócitos T-CAR e gerando citotoxicidade contra células CD19+ in vitro. Houve uma redução de aproximadamente 87% das células alvo, quando analisado por citometria de fluxo e uma citotoxicidade média de 50% foi observada por ensaios colorimétricos. / Immunotherapy using T cells modified with chimeric antigen receptor (CAR) has been proven effective in the treatment of leukemia and lymphomas resistant to chemotherapy. CD19 protein has been shown to be an ideal target because it is expressed on most B-cell tumors and normal B cells, but not in other cells. Recent clinical studies have shown excellent responses of CAR T-cells in a variety of B-cell tumors. Lentiviral vectors are the most commonly used method for genetic modification in clinical trials. This study aimed to develop an efficient platform for lentiviral production and to test the functionality of those vectors so that they can be used in to genetically modify T cells. Transient transfection of HEK293T cells with plasmids in a 3:1:1:1 ratio (transgene:gag-pol:VSV-G:rev) using cationic liposomes and 5 mM sodium butyrate resulted in the highest viral titers. That represents a 17-fold increase in viral titer from polyethylenimine (PEI) transfection. Three methods for lentiviral concentration were used in this work, ultracentrifugation, tangential filtration and ultrafiltration. Membrane ultrafiltration with 100 kDa molecular weight cutoff (MWCO) resulted in the highest recovery rate of viable viral particles, approximately 82%. The viral particles produced by this process have been shown to be functional for the transduction of T cells. In addition, the chimeric receptor (CAR) was shown to be specific against the B cell antigen CD19, resulting in the activation of CAR-T cells and generating cytotoxicity against CD19+ cells in vitro. There was a reduction of approximately 87% of the target cells when analyzed by flow cytometry and an average cytotoxicity of 50% was observed by colorimetric assays.

A prevalência de doenças alérgicas incluindo asma e dermatite atópica aumentou nos últimos anos. A asma é uma doença crônica caracterizada por hiper-responsividade das vias aéreas e limitação variável ao fluxo aéreo, reversível espontaneamente ou com tratamento. A elevada prevalência, mortalidade e custos associados tornam a doença um importante problema de saúde pública que requer atenção. A dermatite atópica (DA) é uma doença inflamatória crônica da pele, caracterizada por prurido intenso, eritema, escoriações, liquenificação na pele entre outras características. A DA causa profundo impacto na vida do indivíduo e da família e geralmente mostra os primeiros sintomas durante a infância. Ambas as doenças podem ser associadas a sensibilização a alérgenos. Nosso grupo mostrou que entre pacientes com rinite e/ou asma alérgicos a barata a tropomiosina da barata Periplaneta americana é um alérgeno principal. Em invertebrados, a tropomiosina induz resposta IgE e reatividade cruzada entre invertebrados incluindo ácaros, barata, camarão e parasitas. No presente estudo, produzimos tropomiosina recombinante de barata (alérgeno Per a 7) com elevado grau de pureza e com quantidades mínimas de endotoxina. Em modelo experimental de asma em camundongos, com sensibilização e desencadeamento com Per a 7 recombinante, houve aumento do número de células totais, e de eosinófilos, neutrófilos e linfócitos no lavado broncoalveolar. Alérgeno Per a 7 recombinante foi também utilizado em ELISA quimérico para investigar a resposta IgE a este alérgeno em 112 pacientes com dermatite atópica. A idade dos pacientes variou de 3 a 67 anos com média de 24,9 (± 15,4) anos, com 75 indivíduos do sexo feminino (67%). Nos 112 pacientes, o SCORAD apresentou média de 43,1 (± 18,1) e foram relatadas asma e rinite em 42 e 85 indivíduos, respectivamente. Níveis de IgE total apresentaram ampla variação, de 14,2 a 63.000 UI/mL, com média geométrica de 2.193 UI/mL. A idade de início dos sintomas e o tempo de doença apresentaram médias, respectivamente, de 9,5 (± 12,9) e 15,4 (± 12,3) anos. Trinta pacientes (26,8%) apresentaram níveis detectáveis de IgE para Per a 7 recombinante, com variação de 2,3 a 3.191 UI/mL. A razão de IgE específica para Per a7/IgE total nestes pacientes variou de 0,03% a 33,8%. Dividindo os pacientes em sensibilizados e não sensibilizados ao alérgeno de barata, observamos que não houve diferença significante entre os grupos com relação à idade de início dos sintomas, tempo de doença, SCORAD, presença de rinite ou asma e níveis de IgE total. Nossos resultados mostraram que o alérgeno Per a 7 recombinante induziu resposta inflamatória com caraterísticas semelhante à observada em humanos, em modelo experimental de asma em camundongos. Frequência menor de reatividade IgE ao alérgeno Per a 7 foi observada entre pacientes com dermatite atópica em nosso meio, quando comparada à observada previamente em pacientes com asma e/ou rinite. Não houve associação entre a presença de sensibilização IgE ao alérgeno Per a 7 e a gravidade da dermatite atópica, presença de asma ou rinite, idade de início e tempo de doença, e níveis de IgE total. Entretanto, a investigação do perfil de sensibilização IgE tem importância ao se considerar o uso de imunoterapia alérgenoespecífica em pacientes com dermatite atópica. / The prevalence of allergic diseases has increased in recent years, including asthma and atopic dermatitis. Asthma is a chronic disease resulting from airway hyperresponsiveness and variable airflow limitation, reversible spontaneously or with treatment. The high prevalence, mortality, and associated costs make the disease an important public health problem which requires attention. Atopic dermatitis (AD) is a chronic inflammatory skin disease, as asthma has high prevalence, and it is characterized by intense itching, erythema, excoriations, lichenification in the skin among other characteristics. The AD causes profound impact on individual and family´s life and usually shows the first symptoms during childhood. Both diseases could be related and associated with sensitization to allergens. In the case of asthma, allergy to cockroach is well known to be related with the disease. In 1999, a Brazilian study in our group has shown that among patients with allergic rhinitis and /or asthma the tropomyosin of the American cockroach Periplaneta americana (Per a 7) is a major allergen. This protein is present in vertebrates and invertebrates, and was related to induction of IgE response and cross-reactivity against among invertebrates, including mites, cockroaches, shrimp and parasites. In the present study, we produced recombinant tropomyosin from cockroach (Per a 7 allergen) with high purity and minimal amounts of endotoxin. In an experimental model of asthma in mice, with sensitization and triggering with recombinant Per a 7, there was an increase in the number of total cells, and eosinophils, neutrophils and lymphocytes in the bronchoalveolar lavage. Per a 7 allergen was also used in chimeric ELISA to investigate IgE response to this allergen in 112 patients with atopic dermatitis. Patients\' ages ranged from 3 to 67 years, mean of 24.9 (± 15.4) years, 75 female subjects (67%). In the 112 patients, a mean of SCORAD presented 43.1 (± 18.1) and asthma and rhinitis were reported in 42 and 85 individuals, respectively. Total IgE levels varied from 14.2 to 63.000 IU / mL, with a geometric mean of 2,193 IU / mL. The age at onset of symptoms and disease time presented averages, respectively, of 9.5 (± 12.9) and 15.4 (± 12.3) years. Thirty patients (26.8%) had detectable IgE recombinant Per a 7 levels, ranging from 2.3 to 3191 IU / mL. The ratio of IgA specific for Per a7 / total IgE in these patients ranged from 0.03% to 33.8%. Dividing the patients into sensitized and not sensitized to the cockroach allergen, we observed that there was no significant difference between the groups regarding the age of onset of symptoms, disease time, SCORAD, presence of rhinitis or asthma, and total IgE levels. Our results showed that recombinant Per a 7 allergen induced an inflammatory response with characteristics similar to that observed in humans in an experimental model of asthma in mice. Minor frequency reactivity of IgE Per a 7 allergen was observed among patients with atopic dermatitis in our group, when compared to that previously observed in patients with asthma and / or rhinitis. There was no association between the presence of IgE sensitization to the Per 7 allergen and the severity of atopic dermatitis, presence of asthma or rhinitis, age at onset and disease time, and total IgE levels. However, the investigation of the IgE sensitization profile is important when considering the use of allergen-specific immunotherapy in patients with atopic dermatitis