La grande originalité de mon projet réside dans la génération de cellules stromales mésenchymateuses (MSCs) à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPS). Je rappellerai les propriétés phénotypiques, de multipotence et immunosuppressives des MSCs et m’attarderai sur leurs différents mécanismes immunomodulateurs. Cependant, leur nombre limité et leur isolation difficile limitent leur utilisation thérapeutique nécessitant une autre source de cellules.Mon travail a donc été de générer et de caractériser des MSCs issues d’iPS (huiPS-MSCs). L'avantage des huiPS-MSCs réside dans leur plus grande disponibilité et la possibilité d'en avoir à volonté. Encore faut-il valider l’intérêt thérapeutique potentiel de ces huiPS-MSCs. Premièrement, mes résultats in vitro montrent que les huiPS-MSCs présentent une activité immunosuppressive sur les lymphocytes T (LT) activés conduisant à une induction de LT régulateurs FoxP3+ fonctionnels. Deuxièmement, dans une approche plus axée sur la thérapie, j’ai analysé in vivo l’activité́ immunosuppressive des huiPS-MSCs dans un modèle de réaction xénogénique de greffon contre l'hôte (souris immunodéficientes NSG injectées avec des LT humains). Je montre clairement, après traitement avec les huiPS-MSCs, une réduction de la proportion de LT humains producteurs de cytokines inflammatoires (IFNγ et TNFα) typiques de la pathologie et l’apparition concomitante de LT présentant un phénotype régulateur (production d’IL10 et expression de FoxP3). La fin de mon travail a été de caractériser moléculairement la régulation de l’expression de PD-L1, une molécule immuno-régulatrice puissante, entre les MSCs issues de la moelle osseuse (BM-MSCs) de donneurs sains et nos huiPS- MSCs. Les huiPS-MSCs ont une expression constitutive de PD-L1, qui est absente sur les BM-MSCs. J’ai analysé les microARNs susceptibles de limiter l’expression de PD-L1, j’ai pu en identifier plusieurs. En mesurant leur expression dans les différentes MSCs à notre disposition, je montre que cette expression est inverse par rapport à celle de PD-L1. J’ai ainsi pu démontrer l’activité immunosuppressive de nos huiPS-MSCs in vitro et in vivo avec une perspective d’induction de tolérance immune, et caractériser la régulation de l’expression de PD-L1, molécule immunosuppressive exprimée par les huiPS-MSCs. / The mesenchymal stromal cells (MSCs) present many features that render attractive as therapeutic cells. Their phenotype, multipotency and immunosuppressive properties are well described. Nevertheless, major restriction for their clinical use is due to the limited in vitro expansion and low quantity of cells that can be collected from adult tissues. The originality of my project consisted in the generation of mesenchymal stromal cells (MSCs) from human induced pluripotent stem cells (iPS). These huiPS-MSCs could fulfill some of the specification required to improve MSCs use in therapeutic approaches: welldefined and unlimited number of cells with reproducible functional characteristics. In a first approach, I characterized the huiPS-MSCs generated in the laboratory. My results highlight the immunosuppressive activity in vitro of the huiPS-MSCs on T-cell stimulation that induces a switch in T-cell cytokine polarization toward the generation of Treg cells. Secondly, in a more therapy-oriented approach, I analyzed in vivo immunosuppressive activity of huiPS-MSCs in a xenogeneic graft versus host model (NSG immunodeficient mice injected with human T lymphocytes). My data showed significantly reduced percentages of human-differentiated T cells producing Th1 inflammatory cytokines (IFNγ and TNFα). By contrast, T cells producing IL-10 and FoxP3+ Treg cells, absent in nontreated animals, were detected in huiPS-MSCs treated mice, confirming the in vitro results of a tolerizing process. The end of my work was to characterize the molecular regulation of the expression of PDL1, an immunoregulatory molecule expressed by the MSCs. Comparing bone marrow MSCs (BM-MSCs) from healthy donors and our huiPS-MSCs, I showed that the huiPSMSCs have a constitutive expression of PD-L1, which is absent on BM-MSCs. Analysing microRNAs that could limit the expression of PD-L1, I could identify several microRNAs which expression is inverse to the expression of PD-L1. For the first time, my results highlight the immunosuppressive activity of huiPS-MSCs on human T-cell stimulation with a concomitant generation of human Treg cells in vivo and characterize the regulation of PD-L1 expression, an immunosuppressive molecule expressed by the MSCs. They may favor the development of new tools and strategies based on the use of huiPS cells and their derivatives for the induction of immune tolerance.

La dernière décennie a connu une révolution dans le traitement du cancer en s'éloignant des médicaments conventionnels qui ciblent directement la tumeur (comme les chimiothérapies et les thérapies moléculaires ciblées) au profit des immunothérapies, et en particulier les inhibiteurs des "checkpoint" immunitaires. Ces immunothérapies libèrent sélectivement le système immunitaire de l'hôte contre la tumeur et ont démontré une rémission durable sans précédent chez des patients atteints de cancers que l'on croyait incurables, comme le mélanome métastatique, le carcinome rénal métastatique et les stades avancés du cancer du poumon non à petites cellules. Cependant, plus de la moitié des patients ne répondent pas à ces traitements, et sont donc contraints à recevoir d’autres traitements potentiellement toxiques et coûteux. Face aux résultats prometteurs des immunothérapies anti‐PD1/PD‐L1, la recherche de nouvelles cibles/marqueurs moléculaires permettant d'améliorer l'efficacité et de permettre un traitement personnalisé s'est intensifiée. Nos travaux portent sur l’étude de la protéine Sequestosome 1 (SQSTM1/p62) qui est un substrat de l'autophagie sélective et une plateforme de signalisation impliquée dans l’agressivité tumorale. Nous mettons en évidence l’implication de SQSTM1/p62 dans l'inflammation tumorale et dans l’évasion immunitaire et ceci grâce à la stabilisation du messager de PD‐L1. Nous observons que la surexpression tumorale de SQSTM1/p62 caractérise les tumeurs infiltrées et immunosuppressives qui répondent le mieux aux anti‐PD1/PD‐L1. Ainsi, nous proposons SQSTM1/p62 en tant que biomarqueur potentiel et cible thérapeutique pour améliorer la stratification des patients susceptibles de répondre aux immunothérapies. / The past decade has witnessed a new revolution in cancer treatment by shifting away from the conventional drugs that directly target the tumor (such as chemotherapies and molecular targeted therapies) towards immune‐based therapies, and in particular the so‐called immune checkpoint inhibitors. These immunotherapies selectively release the host immune system against the tumor and have shown unprecedented durable remission for patients with cancers that were thought incurable such as metastatic melanoma, metastatic renal cell carcinoma and late stages of non‐small cell lung cancer. However, more than half of the patients fail to respond to these treatments and are therefore forced to receive other potentially toxic and costly treatments. In this era of promising anti‐PD1/PD‐L1 immunotherapies, the quest for reliable molecular markers/therapeutic targets that would enhance the effectiveness and allow a personalized adaptation of the treatments has intensified. In our work we focus on the scaffold protein and autophagy adaptor Sequestosome 1 (SQSTM1/p62), and we show that it is required for tumor inflammation and immune evasion. We find that SQSTM1/p62 tumor overexpression characterizes infiltrated and immunosuppressive tumors and predicts for response to anti‐PD1/PD‐L1 therapies. Thus, we propose SQSTM1/p62 as a potential biomarker and a therapeutic target to improve the stratification of patients to immunotherapies.

The current field of cancer treatment is undergoing a revolution. The influx of novel therapies derived from basic research on the immune system has shifted the landscape of modern medicine. Immunotherapy seeks to use the body’s own immune system as a medium to terminate neoplastic cells. This is performed by manipulating the immune system into either targeting cancer antigens or breaking down barriers towards T cell infiltration. The former mechanism uses CAR-T cells as an instrument to target specific cancer neo-antigens. CAR-T cells begin as T cells derived from a patient’s immune system. These cells are removed from the body and engineered to express a chimeric antigen receptor (CAR) through a process of viral transduction. This CAR allows the T cell to recognize and bind to a specific antigen of interest. In most cases, the antigen is present on cancer cells. The T cells, now expressing the CAR receptor, are transplanted back into the body of the patient and proceed to target cancer cells. This therapy has been used in hematological malignancies to great effect. Applying CAR-T cells to solid tumors is an ongoing process, but has been difficult to establish due to the immunosuppressive aspects of the tumor microenvironment. As such, combining CAR-T cells with traditional anti-cancer therapies has been proven to be efficacious in treating patients with solid tumors. In general, immunosuppression is a large problem in the treatment of cancer. Cancer cells and the tumor microenvironment express receptors that downregulate tumor-targeting actions of the immune system. The discovery of the programmed cell death protein 1 (PD1) allowed researchers to create novel antibodies that inhibit immunosuppression. PD1 located on T cells, binds to PDL1 on cancer and stromal cells. This interaction induces exhaustion and anergy in infiltrating T cells, thereby prevent T cells from targeting cancer cells. As such, the newly approved checkpoint blockade antibodies, Nivolumab and Pembrolizumab, block this interaction and allow T cells to carry out their targeting function. CAR-T cells and checkpoint blockade have both seen immense success in clinical trials and are currently being used the clinic. Nonetheless, development of these therapies for different types of cancers is an ongoing process and one that will require immense effort on behalf of the medical and pharmaceutical establishment

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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

Les cancers du rein métastatiques résistants aux inhibiteurs de tyrosine kinase peuvent faire l’objet de traitements fondés sur le blocage des points de contrôles immunitaires (ICB). Cependant, les ICB induisent des réponses chez une minorité de patients, et des efforts sont en cours pour identifier les mécanismes à l'origine de la résistance. Les ICB compromettent l'intégrité de la barrière intestinale, affectant ainsi la composition du microbiote, favorisant ainsi soit l'accumulation intestinale, soit la translocation de commensaux immunogènes capables de moduler le tonus immunitaire systémique et de reprogrammer le microenvironnement tumoral. Pour déterminer si des profils microbiens distincts du microbiote intestinal pourraient expliquer la résistance aux ICB, ma thèse a montré que dans une cohorte de 249 patients atteints de cancer traités par ICB que la prescription d’antibiotiques (ATB) a significativement diminué la survie sans progression (PFS) et la survie globale (OS) par rapport aux patients sans ATB. Nous avons confirmé ces données en analysant 121 cencers du rein traités par ICB à Gustave Roussy et 239 cancers du poumon traités par ICB au Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Nous avons validé que la dysbiose liée à l'ATB diminue l'activité des ICB. Par la suite, nous avons analysé de manière prospective les microbiotes fécaux de 100 patients atteints de tumeurs sensibles à l'anti-PD-1 en utilisant la métagénomique (MG). Nous avons démontré que les bactéries intestinales présentes avant le traitement anti-PD-1 étaient systématiquement différentes entre les patients qui ont répondu (R) au traitement et les patients qui n’ont pas (NR). Entre les R, nous avons observé une surreprésentation d’Akkermansia muciniphila. Au sein d'une large cohorte de patients RCC (n = 85) traités avec un anticorps anti-PD-1, nous avons analysé le microbiote fécal de 69 patients. Des empreintes de MG spécifiques étaient liées aux meilleures réponses et à la survie sans progression. A. muciniphila et Bacteroides spp étaient plus abondants chez les R. Pour valider la pertinence de ces constatations, nous avons mis en évidence deux principaux éléments de preuve. Premièrement, nous avons démontré que chez les patients atteints de NSCLC, la présence de lymphocytes T CD4 + et CD8 + à mémoire spécifiques de l’IFNγ + vis-à-vis de A. muciniphila prédit une PFS plus longue. Deuxièmement, une transplantation de microbiote fécal (FMT) a été réalisée à l'aide de selles de patient pour recoloniser des souris axéniques ou traitées par ATB dans deux modèles murins. Les matières fécales de R entrainaient une réponse immunitaire plus forte contre la tumeur par rapport aux matières fécales de NR. Ensuite, une supplémentation orale d'A. muciniphila post-FMT avec des matières fécales de NR restaurait l'efficacité de l'anti- PD-1. Dans ce contexte, les cellules dendritiques sécrétaient plus d'IL-12, augmentant le recrutement de lymphocytes T CCR9 + CXCR3 + CD4 + à partir des ganglions lymphatiques mésentériques jusque dans les lits tumoraux, ainsi qu'une augmentation du rapport CD4 + /Treg dans le lit tumoral de souris co-traitées avec mAb anti-PD-1 et A. muciniphila. Enfin, nous avons montré qu'une supplémentation orale avec Bacteroides (B. salyersiae mais pas B. xylanisolvens) ou A. muciniphila pourrait restaurer l'efficacité des ICB dans un modèle FMT- défavorable/dysbiotique". La découverte de bactéries immunogènes capables de prédire et d'accroître les avantages cliniques de l'ICB contribuera au développement de nouveaux outils de biomarqueurs et d'un futur concept thérapeutique, grâce auxquels le traitement du cancer peut être amélioré par la modulation du microbiote intestinal. / Metastatic RCC resistant to tyrosine kinase inhibitors are amenable to new therapies based on immune checkpoint blockade (ICB). However, ICB induces responses in a sizeable minority of patients and efforts are ongoing in order to identify mechanisms driving resistance. ICB compromise the integrity of the intestinal barrier, hereby affecting the composition of the intestinal microbiome, thereby promoting either the intestinal accumulation or the translocation of immunogenic commensals capable of modulating the systemic immune tone and reprogramming the tumor microenvironment. To address whether distinct microbial patterns of the intestinal microbiome could account for the resistance to ICB in RCC, during my PhD I showed in a cohort of 249 patients with cancers treated with ICB that antibiotic (ATB) prescription in a therapeutic window of -2 months up to +1 month after starting ICB significantly decreased progression-free survival (PFS) and overall survival (OS) compared to patients without ATB. We confirmed this data analyzing 121 RCC treated with ICB at Gustave Roussy and 239 NSCLC treated with ICB at Memorial Sloan Kettering Cancer Center. We validated that ATB-related dysbiosis decreases activity of ICB. More precisely, patients in RCC ATB group treated with ICB had a higher rate of primary progressive disease. Subsequently, we prospectively analyzed the fecal microbiomes of 100 patients with tumours amenable to anti-PD-1 mAb using quantitative metagenomics (MG) by shotgun sequencing. We demonstrated that gut bacteria present before anti-PD-1 therapy was consistently different between patients who responded (R) to treatment and patients who did not (NR). In R we observed an overrepresentation of un- and classified Firmicutes. The commensal most significantly associated with favorable clinical outcome and PFS was Akkermansia muciniphila. Within a large cohort of RCC patients (n = 85) treated in the NIVOREN study with anti-PD-1 Ab at Gustave Roussy, we analyzed the fecal microbiome of 69 patients. Specific MG-fingerprints were related to best responses and PFS. A. muciniphila and Bacteroides spp were more abundant in R (Derosa et al. ASCO Merit Award 2018). To validate the relevance of these findings, we brought up two major lines of evidence. First, we demonstrated that in NSCLC patients, the presence of specific IFNγ+ memory CD4+ and CD8+ T cells toward A. muciniphila predicted a longer PFS. Secondly, fecal microbiota transplantation (FMT) was performed using patient feces to recolonize germ-free or ATB-treated mice in two tumor models (MCA-205 and RENCA, the renal cell carcinoma model). Feces from R conveyed a stronger immune response against the tumor compared to feces from NR. Next, in MCA-205 model oral supplementation with A. muciniphila post-FMT with NR feces restored the efficacy of PD-1 Abs. In this setting, dendritic cells secreted more IL-12, increasing the recruitment of CCR9+CXCR3+CD4+ T lymphocytes from the mesenteric lymph nodes into tumor beds as well as an increase of CD4+/Treg ratio within the tumor bed of mice co-treated with anti-PD-1 mAb and A. muciniphila. Finally, we showed that oral supplementation with Bacteroides (B. salyersiae but not B. xylanisolvens) or A. muciniphila could restore the efficacy of ICB in "unfavorable/dysbiotic" FMT. The discovery of immunogenic bacteria capable of predicting and increasing clinical benefit of ICB will help for the development of novel biomarker tools and a future therapeutic concept, whereby treatment of cancer can be improved by the modulation of gut microbiome.

Es stellt sich die Frage, wie diese Zellen im entzündeten Gewebe überleben können und wie sie ihren Stoffwechsel an die dortigen Bedingungen anpassen. Diese Arbeit beschreibt am Beispiel der Juvenilen Idiopathischen Arthritis (JIA) die Analyse des Stoffwechsels von CD4+ T Lymphozyten, die chronische Entzündungen antreiben undim entzündeten Gewebe lange Zeit persistieren. Pathogene CD4+ CD45RO+ PD1+ CXCR5-T Zellen wurden hierfür aus Synovialflüssigkeit von Patienten mit JIA isoliert und gezeigt, dass auch bei diesen Zellen der Stoffwechsel auf Fettsäureoxidation beruht. Wurde die Fettsäureoxidation durch Etomoxir blockiert, starben die Zellen. Die Störung des Stoffwechsels dieser Zellen könnte somit eine Option für einen neuen Therapieansatzdarstellen. Zusätzlich war die Expression des Transkriptionsfaktors Twist 1 in diesen CD4+CD45RO+ PD1+ CXCR5- T Zellen hochreguliert. Twist 1 ist ein Marker für T Lymphozyten, die in entzündetem Gewebe von Patienten mit chronisch-entzündlichen Erkrankungen der Gelenke oder des Darmes persistieren. Untersuchung in vitro ergaben außerdem, dass Twist 1 spezifisch von Th1 Lymphozyten exprimiert wird, die mehrfach restimuliert wurden. Dieser Transkriptionsfaktor wirkt einerseits der Gewebszerstörung, die von T Zellen verursacht wird, entgegen, und unterstützt anderseits die Persistenz der Zellen im Gewebe durch die Induktion der microRNA148a, die die Expression des pro-apoptotischen Proteins Bim reguliert. In dieser Arbeit zeigen wir dessen Einfluss auf die Regulation des Metabolismus von CD4+ T Lymphozyten bei chronischen Entzündungen. Dabei wird die Glycolyse verringert und vermehrt Fettsäuren synthetisiert, um die Zellen vor reaktiven oxidierenden Spezies (ROS) zu schützen. Zusätzlich konnten wir nachweisen, dass mehrfach re-stimulierte, Twist-defizienteTh1 Zellen unfähig sind, durch Fettsäureoxydation zu überleben, sondern den Stoffwechsel auf Lipid- Peroxidierung umstellen / How do CD4+ T cells adapt their metabolism for survival in the inflamed tissue? This thesis describes analysis of the metabolism of CD4 T lymphocytes driving chronic inflammation and persisting at the site of inflammation, exemplified by cells that reside in the inflamed tissue of patients with the rheumatic disease juvenile idiopathic arthritis. To specifically take aim at the CD4+ T lymphocytes persisting at the site of inflammation, it is important to determine how these cells adapt their metabolism. We show that pathogenic CD4+ CD45RO+ PD1+ CXCR5- T cells that were isolated from the synovial fluid of patients with juvenile idiopathic arthritis are dependent on a fatty acid oxidation for survival ex vivo. Their survival can be blocked by blocking FAO with Etomoxir, pointing to the option of targeting such cells by metabolic interference. Furthermore, CD4+ CD45RO+ PD1+ CXCR5- T cells had upregulated expression of Twist1, a hallmark transcription factor of T lymphocytes persisting in the inflamed tissues of patients with chronic-inflammatory diseases of joints or the gut. Expression of Twist1 is specific for Th1 lymphocytes which have repeatedly been re-stimulated in vitro, or isolated from inflamed. This transcription factor dampens immunopathology caused by the T cells and supports their persistence, by inducing microRNA148a, which regulates expression of the proapoptotic protein Bim. This thesis shows, through conditional genetic inactivation of Twist1 in CD4+ T lymphocytes, that Twist1 regulates the metabolism ofCD4 T lymphocytes of chronic inflammation, by downregulating glycolysis, promoting fatty acid synthesis and protecting the cells from ROS. Additionally, we show that Twist1 deficient repeatedly reactivated murine Th1 cells are unable to survive on fatty acid oxidation and have increased levels of lipid peroxidation.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22826号 / 医博第4665号 / 新制||医||1047(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 溝脇 尚志, 教授 武田 俊一, 教授 増永 慎一郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

The interactions of tumours with normal host tissue are key determinants of cancer growth and progression. The ability or inability of the patient’s immune system to mount a response against the tumour is tightly correlated with prognosis. One of the ways tumours avoid detection and elimination by the immune system is by expressing programmed death ligand 1 (PD-L1). PD-L1 binds to its receptor programmed death 1 (PD1) on T cells, inhibiting T cell responsiveness to antigenic stimuli. Blockade of the PD1/PD-L1 pathway removes this negative signal and restores anti-tumour immunity. While this blockade of PD1/PD-L1 is well established through the use of antibodies, small molecule inhibitors of PD1/PD-L1 are relatively unknown. We employed in silico docking in order to find small molecules capable of binding to either PD1 or PD-L1, and the highest-ranked compounds were tested in biophysical assays for their ability to inhibit PD1/PD-L1 binding. A thermal shift assay identified a pyrazole compound as a possible binding partner for PD-L1, but follow-up assays showed that it had no effect on the PD1/PD-L1 interaction and that its apparent binding was probably due to aggregation. An ELISA assay identified a tryptophan diamine compound as an apparent stabilizer of the PD1/PD-L1 interaction. However this compound, too, was later identified to be inactive in orthogonal assays. We identified a family of salicylic acid derivatives that interfered with TR-FRET measurements – an unusual observation, given that TR-FRET is touted as being insensitive to most mechanisms of compound interference. This discovery should help other fragment- screening groups identify false positives more easily. We also probed the mechanism of inhibition of a recently disclosed family of small molecule PD1/PD-L1 inhibitors from Bristol-Myers Squibb. Concurrently with other groups, we used protein NMR, size exclusion chromatography, and SPR to determine that the compounds were inducing homodimerization through the PD1-binding face of PD-L1. Furthermore, using cellular crosslinking and live cell imaging, we showed that these first generation inhibitors are fairly ineffective at inhibiting this interaction on the cell surface. More potent compounds will be needed to see any cellular effect from this mechanism of action. / Graduate / 2019-02-15

The virus SARS-CoV-2 gave rise to a global pandemic and several vaccines, whose efficiency needed to be evaluated, have been developed. Our immune system is regulated by several mechanisms that activate and inhibit immune response. PD-1 and its ligand PD-L1 are immune inhibitors with a possible correlation between the potency of the immune response and the number of inhibitors. The hypothesis of this study is that individuals with a lower antibody response after vaccination have higher levels of PD-1/PD-L1. Using an ELISA, the concentration of the proteins was measured from blood plasma from 19 individuals from the CoVacc Cohort, with known antibody response after one as well as two doses of vaccine. The study found a significant correlation between the inhibitors PD-1 and PD-L1 after both the first and the second dose. No correlation was found between the response of antibodies and PD-1/PD-L1 and the hypothesis is therefore rejected. It is possible that the interval between each dose of vaccine and the collection of blood plasma was not optimized for this study. It is also possible that the number of individuals that were included in this study was too low. Considering this result, more research should be conducted on the subject before an absolute conclusion can be drawn. / Viruset SARS-Cov-2 gav upphov till en global pandemi och flera vacciner vars effektbehövde utvärderas har utvecklats. Vårt immunförsvar regleras av flera mekanismersom samverkar genom att aktivera respektive hämma immunförsvaret. PD-1 och dessligand PD-L1 är immuninhibitorer med en möjlig korrelation mellan styrkan hosimmunsvaret och mängden inhibitorer. Hypotesen för denna studie är att individermed ett lägre antikroppssvar efter vaccination har högre nivåer av PD-1 och PD-L1.Med hjälp av en ELISA mättes koncentrationen av PD-1 och PD-L1 med blodplasmafrån 19 individer ur CoVacc kohorten med kända antikroppsnivåer som fått enrespektive två doser av vaccin mot COVID-19. Studien fann en signifikant korrelationmellan hämmarna PD-1 och PD-L1 både efter första och andra dosen. Ingenkorrelation hittades mellan antikroppsresponsen och nivåerna av PD-1 och PD-L1 ochhypotesen förkastas därför. Det är möjligt att tidpunkten för provtagning eftervaccindoserna inte valdes optimalt för denna undersökning. Det är också möjligt attför få individer ingick i studien. Mot bakgrund av detta bör mer forskning göras i ämnetinnan en absolut slutsats kan dras.