Immunothérapie du glioblastome par utilisation de lymphocytes T modifiés génétiquement pour exprimer un récepteur chimérique pour l'antigène (CAR T cells): développement et validation préclinique

par Ophélie Vivier

Projet de thèse en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de José Cohen.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) (laboratoire) et de Eq 21 - Immunopathologie rénale et transplantation (equipe de recherche) depuis le 03-06-2019 .


  • Résumé

    Les glioblastomes sont des tumeurs cérébrales malignes correspondant au grade IV des astrocytomes, difficilement opérables et récidivantes. L'espérance de vie des patients est de moins de 15 mois après chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie (Cloughesy TF et al., Nat Med. 2019). Il est donc nécessaire de mettre au point de nouvelles approches thérapeutiques contre ces tumeurs. Dans le cadre de l'immunothérapie anti-tumorale, les succès cliniques sont extrêmement prometteurs (June CH et al., N Engl J Med. 2018). D'un côté, l'immunothérapie basée sur l'injection d'anticorps anti-checkpoints, notamment anti-PD-1, anti-PD-L1 et anti-CTLA-4 (Zhao J et al., Nat Med. 2019), de l'autre, l'immunothérapie basée sur l'injection de lymphocytes T (LT) exprimant un récepteur d'antigène chimérique (CAR (Chimeric Antigen Receptor)-T cells), sont même en train de révolutionner la prise en charge de nombreux patients atteints de cancer. Le Tumor Necrosis Factor Receptor 2 (TNFR2), est une molécule préférentiellement exprimée à la surface des LT régulateurs (Treg) des cellules myéloïdes suppressives et des cellules endothéliales. Elle peut être également fortement exprimée par les LT CD4+ et les LT CD8+ activés (Ye LL et al., Front Immunol. 2018). Le microenvironnement tumoral pouvant promouvoir la prolifération de Treg inhibant les LT effecteurs, l'utilisation d'un anticorps ciblant TNFR2 et inhibant l'effet suppresseur des Treg pourrait constituer une nouvelle approche d'immunothérapie anti-tumorale efficace comparable à celle basée sur l'utilisation d'anticorps anti-checkpoints (Vanamee ES, Trends Mol Med. 2017). La stratégie d'immunothérapie anti-tumorale basée, quant à elle, sur l'utilisation de CAR-T cells consiste à prélever les LT du patient, à les modifier génétiquement pour qu'ils expriment le CAR d'intérêt, puis à les réinjecter au patient. Les CARs sont constitués d'un domaine extracellulaire variable (single chain Fragment variable : scFv) dérivé d'une immunoglobuline reconnaissant l'antigène cible exprimé à la surface des cellules tumorales, couplé à un domaine transmembranaire et à un domaine intracellulaire. Ce dernier est dérivé de molécules de costimulation comme CD28 ou 4-1BB, et de la chaîne zeta du complexe CD3. Il permet l'activation, l'expansion et la survie des CAR-T cells, capables de détruire les cellules tumorales (Van der Stegen SJ et al., Nat Rev Drug Discov. 2015). Ce projet de thèse consistera à développer des CARs capables de reconnaître certaines cibles surexprimées par les glioblastomes, préalablement sélectionnées, notamment IL13R, mais aussi EGFRvIII, GD2, ou HER2 (Brown CE et al., Clin Cancer Res. 2015 ; Johnson L et al., Sci Transl Med, 2016 ; Golinelli G et al., Cancer Gene Ther. 2018 ; Xianqiang Liu et al., Oncotarget. 2017) et à rechercher un possible effet synergique de ces CARs avec un anticorps inhibiteur anti-TNFR2. Les grandes étapes du projet sont : - La fabrication des CAR-T cells de seconde génération par transduction lentivirale : les lymphocytes T seront modifiés par l'ajout d'un CAR comprenant un domaine extracellulaire ciblant un antigène sélectionné surexprimé à la surface des cellules tumorales et un domaine intracellulaire de costimulation dérivé de CD28 ou de 4-1BB. - La culture de CAR-T cells en présence de lignées cellulaires dérivées de glioblastomes humains (telles que T98G, U87MG et A172) : le profil d'activation de ces CAR-T cells sera établi par études génomiques, transcriptomiques et protéomiques, et leur efficacité sera évaluée par leur capacité à tuer des cellules tumorales dans des essais cytotoxiques in vitro. - Une étude comparative de l'efficacité des CAR-T cells retenus, avec ou sans anticorps inhibiteur anti-TNFR2, dans un modèle murin : cette étude sera menée chez des souris immunodéficientes, après greffe de cellules dérivées de glioblastomes humains. Nous espérons, à l'issue de ce projet, pouvoir : (i) disposer de nouveaux CARs dans le cadre des glioblastomes, (ii) montrer une synergie entre CAR-T cells et anticorps inhibiteur anti-TNFR2 dans des modèles murins pertinents, et (iii) proposer, pour les patients atteints de glioblastome, de nouvelles approches thérapeutiques combinées, plus sûres et plus efficaces.

  • Titre traduit

    Immunotherapy of glioblastoma using T cells expressing a chimeric antigen receptor (CAR T cells): development and preclinical validation


  • Résumé

    Glioblastomas are malignant brain tumors corresponding to grade IV astrocytomas, which are difficult to treat surgically and recurrent. Glioblastoma patient's life expectancy is less than 15 months after surgery, radiotherapy and chemotherapy (Cloughesy TF et al., Nat Med. 2019). It is therefore necessary to develop new therapeutic approaches against these tumours. Anti-tumour immunotherapy clinical successes are extremely promising (June CH et al., N Engl J Med. 2018). On the one hand, immunotherapy based on the injection of anti-checkpoint antibodies, notably anti-PD-1, anti-PD-L1 and anti-CTLA-4 (Zhao J et al., Nat Med. 2019), on the other hand, immunotherapy based on the injection of T lymphocytes (TLs) expressing a chimeric antigen receptor (CAR-T cells), are revolutionizing cancer care of many patients. Tumor Necrosis Factor Receptor 2 (TNFR2) is a molecule preferentially expressed at the surface of regulatory TLs (Tregs), suppressive myeloid cells and endothelial cells. It can also be highly expressed by activated CD4+ and CD8+ TLs (Ye LL et al., Immunol Front. 2018). Tumour microenvironment can promote the proliferation of Tregs inhibiting CD8+ cytotoxic TLs. The use of an antibody targeting TNFR2 and inhibiting the suppressive effect of Tregs could thus constitute a new efficacious anti-tumour immunotherapy approach comparable to the one based on the use of anti-checkpoint antibodies (Vanamee ES, Trends Mol Med. 2017). In another way, anti-tumour immunotherapy strategy based on the use of CAR-T cells consists in collecting patient's TLs, genetically modifying them to express the CAR of interest, and then reinjecting them to the patient. CARs are composed of a variable extracellular domain (single chain Fragment variable: scFv) derived from an immunoglobulin recognizing the target antigen expressed at the surface of the tumor cells, coupled to transmembrane and intracellular domains. The latter is derived from costimulation molecules such as CD28 or 4-1BB, and from CD3 complex zeta chain. It enables activation, expansion and survival of CAR-T cells, which can destroy tumour cells (Van der Stegen SJ et al., Nat Rev Drug Discov. 2015). The main goals of this project are to develop CARs capable of recognising previously selected targets overexpressed by glioblastomas, such as IL13R, EGFRvIII, GD2 or HER2 (Brown CE et al., Clin Cancer Res. 2015; Johnson L et al., Sci Transl Med, 2016; Golinelli G et al., Cancer Gene Ther. 2018; Xianqiang Liu et al., Oncotarget. 2017), and to seek a possible synergistic effect of these CARs with an anti-TNFR2 inhibitory antibody. The main steps of the project will be: - the manufacture of second-generation CAR-T cells by lentiviral transduction: TLs will be modified to encode a CAR with an extracellular domain targeting a selected antigen overexpressed at the surface of tumor cells and an intracellular costimulation domain derived from CD28 or 4-1BB. - the co-culture of CAR-T cells with cell lines derived from human glioblastomas (such as T98G, U87MG and A172): the activation profile of these CAR-T cells will be established by genomic, transcriptomic and proteomic studies, and their efficacy will be assessed by their ability to kill tumor cells in in vitro cytotoxic assays. - a comparative study of the efficacy of selected CAR-T cells, with or without anti-TNFR2 inhibitory antibody, in a mouse model: this study will be conducted in immunodeficient mice, after engraftment of cells derived from human glioblastomas. Upon completion of this project, we hope to have: (i) designed new efficacious anti-glioblastoma CARs, (ii) shown a synergistic effect between CAR-T cells and anti-TNFR2 inhibitory antibody in relevant mouse models, and (iii) been able to propose, for glioblastoma patients, new, safer and more effective combined immunotherapy approaches.