Analyses multi-OMIQUES à cellule unique de la biologie des Tregs dans le cancer

Single cell multi-OMICS analysis of Treg biology in cancer

• Auteur / Autrice : Wilfrid Richer
• Direction : Eliane Piaggio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Immunité et cancer (Paris ; 2009)
• Jury : Président / Présidente : Lucienne Chatenoud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucienne Chatenoud, Golnaz Vahedi, Joost Van Meerwijk, Mickaël Ménager, Luis Graca, Grégoire Altan-Bonnet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Golnaz Vahedi, Joost Van Meerwijk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunothérapie anticancéreuse

Lymphocytes T régulateurs

Mots clés libres

ScMulti-Omics

ScRNA-seq

ScTCR-seq

ScATAC-seq

Bioinformatique

Immunologie dans le cancer

Cellules T CD4+

Cellules T régulatrices

Ganglions lymphatiques drainant les tumeurs

ScMulti-Omics

ScRNA-seq

ScTCR-seq

ScATAC-seq

Bioinformatic

Cancer immunology

CD4+ T cells

Regulatory T cells

Tumor draining lymph nodes

Résumé

Les cellules T régulatrices (Treg) FOXP3+ jouent un rôle important dans l'inhibition de l'immunité contre le cancer, mais suppriment également l'auto-immunité. Le développement de thérapies ciblant les Tregs dans le cancer nécessite une caractérisation plus approfondie des populations de Tregs spécifiques aux tumeurs et des mécanismes qui conduisent à l'accumulation de Tregs dans les tumeurs. Pour explorer ces questions, nous avons réalisé un séquençage à cellule unique de l'ARN, du récepteur des cellules T (TCR) et des régions accessibles de la chromatine (ATAC) sur des cellules T CD4+ conventionnelles (Tconv) et des Tregs triés à partir de sang, de ganglions lymphatiques drainant les tumeurs (GL) et de tumeurs provenant des mêmes patients atteints de cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC). Cela a révélé une grande diversité parmi les populations de Tregs et de Tconvs provenant des différents tissus. Nous identifions également une population spécifique de Tregs fonctionnels, associés à la tumeur et présentant une expansion clonale (FT-Treg) qui s'accumule dans les tumeurs et qui est enrichie en Tregs présentant une signature d'activation récente du TCR. Les gènes différentiellement exprimés entre les FT-Tregs et toutes les autres populations ont mis en évidence un ensemble de gènes spécifiquement enrichis dans les FT-Tregs qui peuvent être utilisés pour cibler les FT-Tregs tout en préservant les Tregs dans les tissus sains. Cette stratégie thérapeutique devrait réduire le risque d'auto-immunité indésirable. Un brevet protégeant ces résultats a été cédé sous licence à Egle therapeutics, une nouvelle start up liée à notre équipe. Nous décrivons également des modèles d'expansion clonale spécifiques aux tissus des différentes sous-populations de Tregs et de Tconvs effecteurs ; la migration entre la tumeur et les GLs de clones de Tregs et de Tconvs partageant les mêmes TCR, et la transition entre différents états de groupes de cellules T spécifiques, incluant la conversion Tconv/Treg. Les résultats de scATAC-seq permettent de mieux définir les différents groupes de cellules T et d'identifier une nouvelle population de Tregs ''progéniteurs'' enrichie dans le GL, qui alimente potentiellement les Tregs tissulaires et les cellules T présentant des caractéristiques folliculaires (Tfh). Dans l'ensemble, ces résultats enrichissent nos connaissances de base sur la diversité cellulaire, transcriptomique et épigénétique des cellules T CD4+ dans les tumeurs et en particulier dans les GLs, et fournissent de nouveaux candidats pour le ciblage thérapeutique des Tregs tumoraux chez les patients.

FOXP3+ regulatory T (Treg) cells play an important role inhibiting cancer immunity, but also suppress autoimmunity. Developing Treg targeted therapies in cancer requires a deeper characterization of tumor-specific Treg populations and the mechanisms driving tumor Treg accumulation. To explore these questions, we performed single cell RNA, T cell receptor (TCR), and assay for transposase accessible chromatin (ATAC) sequencing on sorted conventional CD4+ T cells (Tconv) and Tregs from matched blood, tumor-draining lymph nodes (TDLN) and tumors of patients with non-small cell lung cancer (NSCLC). This revealed a high diversity among Treg and Tconv populations from the different tissues. Also, we identify a specific population of clonally expanded functional tumor-associated Tregs (FT-Treg) which accumulates in tumors and is enriched in Tregs with a signature of recent TCR activation. Differentially expressed genes between FT-Tregs and all other populations identified a set of genes selectively upregulated in FT-Tregs which can be used to deplete FT-Tregs while preserving Tregs in healthy tissues. This therapeutic strategy should reduce the risk of unwanted autoimunity. A patent protecting these results has been licensed to Egle therapeutics, a novel spin-off biotech from our team. Also, we describe tissue-specific patterns of clonal expansion of the different effector Treg and Tconv subpopulations; the migration between tumor and TDLN of Treg and Tconv clones with shared TCRs, and the state transition of specific T cell clusters, including Tconv/Treg conversion. scATAC-seq results allow a better definition of the different T cell clusters and identify a novel ''progenitor like'' Treg population enriched in the TDLN, which potentially fuels both tissue Tregs and T follicular helper (Tfh)-like cells. Overall, these results enrich our basic knowledge of the cellular, transcriptomic and epigenetic diversity of CD4+ T cells in tumors and particularly in the TDLNs, and provides novel cues for the therapeutic targeting of tumor-Tregs in patients.