Le rationnel pour l’utilisation des agonistes des Toll-Like Récepteurs (TLR) dans le traitement du cancer repose sur leurs effets bénéfiques au niveau des cellules du système immunitaire permettant une stimulation de la réponse immunitaire innée et adaptative. Cependant, certains types de cellules tumorales expriment les TLRs qui, une fois activés, peuvent déclencher des effets “délétères” comme la tumorigénèse.Pour mieux disséquer les effets biologiques directs et indirects d’un agoniste de TLR3, l’acide polyadenylique-polyurydilique (poly(A:U)), nous avons utilisé deux modèles tumoraux murins exprimant TLR3 et ne répondant pas à la chimiothérapie, mais capables de produire des grandes quantités de CCL5 et CXCL10 en réponse au poly(A:U) et à l’IFN de type I. In vivo, la combinaison chimiothérapie – poly(A:U) n’a permis d’obtenir qu’une faible activité anti tumorale sauf lorsqu’une vaccination contre les antigènes tumoraux est inclue dans le protocole de traitement et le récepteur CCR5 est bloqué (souris Ccr5-/- ou souris sauvages traitées avec MetRANTES). L’efficacité anti tumorale du traitement combiné est associée à l’induction de cellules T CD8+CXCR3+IFNγ+ et est perdue chez les souris nu/nu, Trif-/- et Cxcr3-/-. La source du ligand de CCR5 est constituée par les cellules tumorales dont la voie TLR3 est activée. L’efficacité du traitement combiné sur ces cellules a été améliorée en inhibant la production de CCL5 à l’aide d’un shARN spécifique pour CCL5. Ces résultats soutiennent la notion que le poly(A:U) peut directement agir sur l’épithélium tumoral pour promouvoir la libération de CXCL10 qui a un effet bénéfique (recrutement des LTCs), mais aussi la sécrétion de CCL5 qui a un rôle délétère (action sur des immunosuppresseurs au niveau de l’hôte). Le découplage des effets opposés des chimiokines et la vaccination anti tumorale préalable peuvent permettre aux LTCs dépendant des ligands de CXCR3 d’infirmer l’action d’immunosuppression CCR5 dépendante et devraient être intégrés dans les essais cliniques à venir utilisant les agonistes de TLR3. / The rationale for the use of Toll –Like Receptor (TLR) agonists in cancer therapy relies upon their “beneficial” effects on immune cells leading to enhanced innate and adaptive immune responses. However, a variety of cancer epithelia express TLRs which, upon triggering, may mediate “deleterious” effects such as tumorigenesis. To further dissect the direct versus indirect biological effects of the TLR3 agonist polyadenylic-polyuridylic acid (poly(A:U)), we took advantage of two murine tumor models expressing TLR3 that failed to respond to chemotherapy but did produce large amounts of CCL5 and CXCL10 in response to the poly(A:U) and type I IFN. In vivo, the combination of chemotherapy and poly(A:U) mediated low tumoricidal activity unless a vaccination against tumor antigens was included in the regimen and the CCR5 receptor was blocked (CCR5 loss-of-function mice or WT animals treated with MetRANTES). The antitumor efficacy of the combination therapy was associated with the elicitation of CD8+CXCR3+IFN+ T cells and abrogated in nu/nu, Trif-/- and Cxcr3-/- mice. The source of CCR5L is the TLR3-activated tumor cells in that stable inhibition of the chemokine production by specific shRNA CCL5 ameliorated the efficacy of the combination therapy. These results support the notion that poly(A:U) can directly act on tumor epithelia to promote the release of beneficial CXCL10 for the recruitment of intratumoral CTLs but also the release of deleterious CCL5 acting on host immunosuppressors. Uncoupling chemokine release and prior vaccination may enable the CXCR3L-dependent CTLs to overrule the CCR5-dependent suppression and may be integrated in future trials using TLR3 agonists.

Besides exerting cytostatic or cytotoxic effects on tumor cells, some anti-cancer therapies (anthracyclines, oxaliplatin, X-Rays) could trigger an immunogenic cell death modality, releasing danger signals to alert immune system. We have shown that tumor-specific IFN- producing CD8+ T cells (Tc1) are mandatory for the success of chemotherapy to prevent tumor outgrowth. Priming of Tc1 response depends on IL-1β secretion by DC confronted with anthracycline-treated tumor cells releasing ATP. To identify the inflammatory components which link innate and cognate immune responses, we analyzed the influence of immunogenic chemotherapy on tumor microenvironment. We found an upregulated Th1- and Th17-related gene expression pattern in growth-retarded tumor after anthracycline treatment. By interfering with IFN- or IL-17A pathways, therapeutic effect of doxorubicin and oxaliplatin was abolished and dying tumor cell-based vaccine lost its efficacy to protect mice from live tumor cell rechallenge. Interestingly, we discovered that distinct subsets of  T lymphocytes (V4+ and V6+) colonized tumors shortly after chemotherapy, where they proliferated and became the dominant IL-17 producers within tumor beds. In three tumor models treated with chemotherapy or radiotherapy, a strong correlation between the presence of IL-17-producing  T ( T17) and IFN--producing CD8+ TIL (Tc1) was discovered. IL-17A signaling acts as upstream of IFN- since defect in IL-17RA led to complete loss of antigen specific Tc1 priming. The contribution of  T17 cells (V4+ and V6+) to chemotherapy is critical as V4/6-/- mice showed reduced sensitivity to chemotherapy and vaccination. Also, tumor infiltrating  T17 and Tc1 cells were reduced to basal level in this strain. IL-1β/IL-1R, but not IL-23/IL-23R, is pivotal for IL-17 production by  T cells and the success of chemotherapy. Importantly, adoptive transfer of  T cells could restore the efficacy of chemotherapy in IL-17A-/- mice and ameliorate the effect of chemotherapy in wild type host, provided that they retain the expression of IL-1R and IL-17A. Our research suggest a DC (IL-1β) →  T cells (IL-17) → Tc1 (IFN-) immune axis triggered by chemotherapy-induced dying tumor cells, which is critical for the favorable therapeutic response. To boost the immune system, we try to combine immunogenic chemotherapy with tumor vaccine in the presence of TLR3 agonist Poly (A:U). This sequential combined therapy, which we named VCT, could significantly retard tumor growth or even completely eradicate tumor and establish long-term protection against rechallenge in highly tumorigenic models. To dissect the effect of Poly (A:U) on immune system and that on TLR3 expressing-tumor cells, we performed VCT treatment in nude mice, TRIF-/- mice and with TRIF-silencing tumors. Interestingly, our results suggested that anti-tumor effect of VCT required T cells and intact TRIF signaling pathway at the level of the host and that of tumor cells. Poly (A:U) treatment could induce high level of CCL5 and CXCL10 production from tumor cells both in vitro and in vivo, which could negatively and positively influence the therapeutic outcome. By uncoupling the effect of CCL5 from that of CXCL10, the VCT treatment can be ameliorated. Our study emphasizes that both tumor and host derived inflammatory factors participate in regulating anti-tumor response. We also highlight that therapeutic application of TLR agonists can be optimized through regulating the profile of chemokines and their downstream signaling events.

En dehors des effets cytostatiques ou cytotoxiques sur les cellules tumorales, certaines thérapies anti-cancéreuses peuvent déclencher la mort cellulaire immunogénique, libérant les signaux de danger pour alerter le système immunitaire. Les cellules T CD8+ T (Tc1) productrices d’IFN- et spécifiques de la tumeur sont nécessaires pour le succès de la chimiothérapie et la diminution de la croissance tumorale. L’amorçage d’une réponse bénéfique Tc1 dépend de la sécrétion d'IL-1β par les cellules dendritiques confrontées à des cellules tumorales traitées avec de l’anthracycline libérant de l’ATP. Pour identifier les composants inflammatoires qui lient les réponses immunitaires innées et adaptatives, nous avons analysé l'influence de la chimiothérapie immunogène sur le microenvironnement de la tumeur. Nous avons identifié une up-régulation de gènes associés à la réponse Th1 et Th17 dans un modèle de tumeur répondant au traitement par les anthracyclines par un retard de croissance. En interférant avec les voies IFN- ou l'IL-17A, l'effet thérapeutique de la doxorubicine et l'oxaliplatine a été aboli et le vaccin à base de cellules tumorales mortes ne protège plus les souris de la réintroduction de cellules tumorales vivantes. Nous avons également découvert que des sous-populations distinctes de lymphocytes T  (V4+ et V6+) colonisent des tumeurs peu de temps après la chimiothérapie, où ils ont proliféré et sont devenus producteurs majeurs de l’IL-17 au sein de la tumeur. Nous avons constaté une forte corrélation entre la présence de lymphocytes T  producteurs d’IL-17 ( T17) et de TIL CD8+ (Tc1) dans trois modèles différents de tumeurs traitées par la chimiothérapie ou la radiothérapie. IL-17A agit sur la signalisation en amont de l'IFN- puisqu’un défaut d’expression d’IL-17RA conduit à la perte complète de la production des Tc1 spécifiques de l’antigène. La contribution des cellules  T17 (V4+ et V6+) dans l’effet bénéfique de la chimiothérapie est essentielle puisque les souris V4/6-/-. L’axe IL-1β/IL-1R, mais pas IL-23/IL-23R, est essentielle pour la production d'IL-17 par les cellules T et l’effet bénéfique de la chimiothérapie. Le transfert adoptif de lymphocytes  T peut rétablir l'efficacité de la chimiothérapie dans le modèle de souris IL-17A-/- et améliorer l'effet de la chimiothérapie chez la souris wt, s'ils conservent l'expression de l'IL-1R et de l'IL-17A. Nos résultats suggèrent l’existence d’un axe fonctionnel: DC (IL-1β) → cellules T (IL-17) → Tc1 (IFN-), déclenché par la chimiothérapie induisant la mort des cellules tumorales, phénomène essentiel pour une réponse thérapeutique favorable. Pour renforcer la réponse immunitaire, nous essayons de combiner la chimiothérapie « immunogène » avec le vaccin anti-tumoral en présence d’adjuvants (poly (A:U), l'agoniste de TLR3).Ce type de thérapie séquentielle combinée, appelé VCT, pourrait retarder considérablement la croissance des tumeurs, voire l’éradiquer complètement et établir une protection spécifique à long terme. Pour décortiquer l'effet de la poly (A:U) sur le système immunitaire et sur les cellules tumorales exprimant le TLR3, nous avons effectué un traitement VCT chez la souris nude, TRIF-/- et les souris présentant une diminution de l’expression de TRIF au niveau des cellules tumorales. Ainsi l'effet anti-tumoral de VCT requiert les lymphocytes T et la voie de signalisation TRIF intacte au niveau de l'hôte et des cellules tumorales. Le traitement poly (A:U) peut induire un niveau élevé de production de certaines chimiokines associées à la réponse de type Th1 (CCL5 et CXCL10 ) par les cellules tumorales in vitro et in vivo, ce qui peut influencer négativement et positivement les résultats thérapeutiques. Le découplage de l’action de CCL5 et de XCL10, pourrait améliorer le traitement par la VCT. Notre étude souligne ainsi le rôle des facteurs inflammatoires dérivés de la tumeur et de l’hôte dans la régulation de la réponse immunitaire anti-tumorale. / Besides exerting cytostatic or cytotoxic effects on tumor cells, some anti-cancer therapies (anthracyclines, oxaliplatin, X-Rays) could trigger an immunogenic cell death modality, releasing danger signals to alert immune system. We have shown that tumor-specific IFN- producing CD8+ T cells (Tc1) are mandatory for the success of chemotherapy to prevent tumor outgrowth. Priming of Tc1 response depends on IL-1β secretion by DC confronted with anthracycline-treated tumor cells releasing ATP. To identify the inflammatory components which link innate and cognate immune responses, we analyzed the influence of immunogenic chemotherapy on tumor microenvironment. We found an upregulated Th1- and Th17-related gene expression pattern in growth-retarded tumor after anthracycline treatment. By interfering with IFN- or IL-17A pathways, therapeutic effect of doxorubicin and oxaliplatin was abolished and dying tumor cell-based vaccine lost its efficacy to protect mice from live tumor cell rechallenge. Interestingly, we discovered that distinct subsets of  T lymphocytes (V4+ and V6+) colonized tumors shortly after chemotherapy, where they proliferated and became the dominant IL-17 producers within tumor beds. In three tumor models treated with chemotherapy or radiotherapy, a strong correlation between the presence of IL-17-producing  T ( T17) and IFN--producing CD8+ TIL (Tc1) was discovered. IL-17A signaling acts as upstream of IFN- since defect in IL-17RA led to complete loss of antigen specific Tc1 priming. The contribution of  T17 cells (V4+ and V6+) to chemotherapy is critical as V4/6-/- mice showed reduced sensitivity to chemotherapy and vaccination. Also, tumor infiltrating  T17 and Tc1 cells were reduced to basal level in this strain. IL-1β/IL-1R, but not IL-23/IL-23R, is pivotal for IL-17 production by  T cells and the success of chemotherapy. Importantly, adoptive transfer of  T cells could restore the efficacy of chemotherapy in IL-17A-/- mice and ameliorate the effect of chemotherapy in wild type host, provided that they retain the expression of IL-1R and IL-17A. Our research suggest a DC (IL-1β) →  T cells (IL-17) → Tc1 (IFN-) immune axis triggered by chemotherapy-induced dying tumor cells, which is critical for the favorable therapeutic response. To boost the immune system, we try to combine immunogenic chemotherapy with tumor vaccine in the presence of TLR3 agonist Poly (A:U). This sequential combined therapy, which we named VCT, could significantly retard tumor growth or even completely eradicate tumor and establish long-term protection against rechallenge in highly tumorigenic models. To dissect the effect of Poly (A:U) on immune system and that on TLR3 expressing-tumor cells, we performed VCT treatment in nude mice, TRIF-/- mice and with TRIF-silencing tumors. Interestingly, our results suggested that anti-tumor effect of VCT required T cells and intact TRIF signaling pathway at the level of the host and that of tumor cells. Poly (A:U) treatment could induce high level of CCL5 and CXCL10 production from tumor cells both in vitro and in vivo, which could negatively and positively influence the therapeutic outcome. By uncoupling the effect of CCL5 from that of CXCL10, the VCT treatment can be ameliorated. Our study emphasizes that both tumor and host derived inflammatory factors participate in regulating anti-tumor response. We also highlight that therapeutic application of TLR agonists can be optimized through regulating the profile of chemokines and their downstream signaling events.

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Contexte. Les carcinomes des voies aérodigestives supérieures (VADS) arrivent en 6ème position parmi les cancers les plus fréquents au niveau mondial. La fonction du récepteur TLR3 dans les cellules de carcinomes des VADS est encore très mal comprise. Objectifs et méthodes. 1) Déterminer le niveau d’expression du récepteur TLR3 dans les lignées et les biopsies de carcinomes des VADS par western blot et par immunohistochimie. 2) Etudier le rôle de TLR3 dans la croissance tumorale de ces tumeurs, en utilisant notamment des lignées invalidées de façon conditionnelle pour TLR3. 3) Evaluer in vitro les effets cytotoxiques de ligands artificiels de TLR3 soit seuls, soit utilisés en combinaisons avec un inhibiteur d’IAP (inhibitor of apoptosis protein).Résultats. La protéine TLR3 est détectée à un niveau élevé en western blot dans les lignées de carcinomes des VADS étudiées, comparativement à un panel d’autres tumeurs épithéliales humaines. TLR3 est également constamment détecté en immunohistochimie dans les biopsies. TLR3 semble jouer un rôle dans la croissance tumorale des carcinomes des VADS : dans certaines conditions de culture (culture en hypoxie ou en milieu pauvre en SVF et en nutriments), la stimulation de TLR3 par un ligand exogène, le poly(A:U), favorise la croissance des cellules tumorales. Nous avons étudié l’effet de la stimulation de TLR3 sur le métabolisme glucidique dans ces mêmes cellules en utilisant un appareil de type Seahorse® qui mesure la consommation d’oxygène et la production de protons à partir de cellules cultivées en microplaques. Ces expériences montrent que la stimulation de TLR3 fait augmenter l’activité des voies du métabolisme cellulaire anaérobie (glycolyse extra-mitochondriale). Une étude métabolomique a mis en évidence des différences significatives dans le profil métabolique des cellules tumorales stimulées par le poly(A:U) comparativement aux cellules non traitées. Par ailleurs, nous avons montré que la stimulation de TLR3 permettait de détecter le facteur de transcription HIF1 en Western blot, même en conditions normoxiques. Sachant que des ARN libérés par des cellules en état de nécrose peuvent stimuler TLR3, il est tentant de penser que ce récepteur pourrait favoriser la survie des cellules malignes en zone hypoxique au voisinage de cellules nécrotiques. Néanmoins, l’expression de TLR3 représente aussi un facteur de vulnérabilité pour les cellules de carcinome des VADS : en effet les ligands artificiels de TLR3 utilisés en combinaison avec un inhibiteur d’IAP (Inhibitor of Apoptosis Protein) produisent des effets cytotoxiques sur les lignées de carcinomes des VADS étudiées. / Background. Head and Neck (HN) carcinomas are the 6th most frequent type of cancer worldwide. The role of the TLR3 receptor in HN carcinomas remains poorly understood.Objectives and Methods. 1) To assess the expression level of TLR3 in HN carcinoma cell lines and biopsies by Western blot and immunohistochemistry, respectively. 2) To study the role of TLR3 in tumour growth using specific cell lines with conditional knock-down of TLR3. 3). To assess in vitro the cytotoxic effects of artificial ligands of TLR3 used either alone or in combination with an IAP (inhibitor of apoptosis protein) inhibitor.Results. TLR3 protein was detected at a high level by Western blot analysis in HN carcinoma cell lines, by comparison with a panel of other human epithelial cancer cell lines. TLR3 was also consistently detected by immunohistochemistry in tumour biopsies. TLR3 seem to play a role in HN carcinoma cell growth: under certain culture conditions (hypoxic or low fetal calf serum/low nutrient culture conditions), TLR3 stimulation by a synthetic ligand, the poly(A:U), favours tumour cell growth. We investigated the effects of TLR3 stimulation on glucose metabolism using a Seahorse® analyzer, which measures the oxygen consumption and the proton production in living cells. Our results indicate that TLR3 stimulation induces an increase in anaerobic metabolism (extra-mitochondrial glycolysis). A metabolomic study revealed significant changes in the metabolic profile of cancer cells treated by poly(A:U) by comparison with untreated cells. We also showed that under TLR3 stimulation, HIF1 became detectable by Western blot analysis, even in normoxia. Given the fact that RNA fragments released by dying cells are able to trigger TLR3, one can assume that TLR3 might favour cancer cell survival in hypoxic areas located near the necrotic core of the tumour. However, TLR3 expression is also a factor of vulnerability for HN carcinoma cells: indeed, the combination of TLR3 artificial ligands with an IAP inhibitor has a strong cytotoxic effect on HN carcinoma cells in vitro.