Étude des mécanismes de tolérance immunitaire suite à une allogreffe de cellules souches hématopoïétiques chez l'Homme

Study of immune tolerance mechanisms following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation in humans

• Auteur / Autrice : Laetitia Dubouchet
• Direction : Gérard Socié, David Michonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hématologie
• Date : Soutenance le 28/06/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Immunologie humaine, physiopathologie & immunothérapie (Paris ; 2009-2024)
• Jury : Président / Présidente : José Cohen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Cohen, Sophie Brouard, Susanna Celli, Lara Zafrani, Yves Chalandon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Brouard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladie du greffon contre l'hôte

Transplantation de cellules souches hématopoïétiques

Séquençage des acides nucléiques

Tolérance immunitaire

Métabolomique

Cytométrie de masse

Mots clés libres

Multi-omique

Analyse intégrative

Immune tolerance

Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation

Multi-omics

Graft-versus-host disease

Mass cytometry

Metabolomics

RNA-sequencing

Integrative analysis

Résumé

La rupture de tolérance immunitaire est à l'origine des phénomènes d'auto-immunité, du rejet de greffe d'organe et de la maladie du greffon contre l'hôte (GvH) dans le cadre d'une allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH). L'allogreffe de CSH représente une thérapie curative pour de nombreuses pathologies hématologiques acquises et congénitales. Toutefois, atteindre un état de tolérance après un tel traitement reste un défi majeur pour les cliniciens afin d'éviter l'effet dévastateur de la maladie du GvH et les effets secondaires majeurs associés aux traitements immunosuppresseurs. Suite à une transplantation de CSH, certains patients développeront un état de tolérance immunitaire sans aucune immunosuppression, une condition clinique nommée tolérance opérationnelle. Ces receveurs désignés comme tolérants ont un système immunitaire pleinement fonctionnel, capable de prévenir les rechutes hématologiques et de contrôler les infections, et ne présentent pas de symptômes de déficit immunitaire d'immunodéficience. Les mécanismes biologiques sous-jacents à cet état impliquent probablement à la fois des mécanismes centraux et périphériques, mais ces derniers restent encore mal compris, empêchant le développement de thérapies ciblées. Le but de cette étude est de décrire le panorama de la fonction immunitaire associé à la tolérance opérationnelle après une allogreffe de CSH. La réponse immunitaire étant un processus hautement dynamique résultant d'interactions complexes entre les cellules immunitaires et leur microenvironnement, nous avons émis l'hypothèse que ce phénomène de tolérance opérationnelle émerge d'une adaptation du système immunitaire dans sa globalité après la transplantation. Nous avons utilisé pour cette analyse des outils puissants par le biais d'approches dites multi-omiques et intégratives. Au sein de deux cohortes indépendantes de patients ayant bénéficiés d'une allogreffe de CSH à partir d'un donneur HLA-identique apparenté, nous avons collecté des échantillons de sang chez les receveurs 1 à 2 ans après la transplantation ainsi que chez leurs donneurs avant la collection de CSH. Nous avons analysé leurs profils phénotypiques immunitaires, transcriptomiques et métabolomiques avant de mettre en oeuvre des outils d'intégration de données incluant les variables cliniques. Ces analyses intégratives ont révélé un rôle central de l'ectoenzyme CD38 corrélée à l'activation du système complément et des plaquettes, dans la réponse allo-immune persistante chez les patients non tolérants. En parallèle, les patients tolérants présentaient des stéroïdes androgèniques plus élevés, associés à un réseau immunitaire caractérisé par des CD8 + naïfs et des lymphocytes T doubles négatifs avec un profil transcriptomique impliquant des caractéristiques de cellules souches associées au TCF7 / LEF1 et le catabolisme des nucléotides par NT5E / CD73. Les fonctions opposées des ectoenzymes CD38 et CD73 dans la signalisation des purines et la régulation immunitaire pourraient expliquer la balance entre un état non tolérant et un état tolérant après la transplantation de CSH. La production d'adénosine liée au CD73 semble être un élément régulateur clé de la tolérance opérationnelle. Bien que ces découvertes doivent être confirmées par des analyses fonctionnelles, cette étude ouvre de nouvelles portes dans la compréhension de la tolérance immunitaire après l'allogreffe de CSH avec des cibles thérapeutiques potentielles qui pourraient améliorer les résultats en clinique suite à une transplantation.

Immune tolerance is disrupted in autoimmunity, graft rejection after solid organ transplantation and graft-versus-host disease (GvHD) in the setting of allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation (aHSCT). aHSCT is a major curative treatment for acquired and congenital hematologic disorders. However, reaching a tolerant state after aHSCT remains a huge challenge to avoid the devastating effect of GvHD and secondary effects of immunosuppressive treatments. Some patients will develop immune tolerance without a need for immunosuppressants after aHSCT, a clinical condition that has been named operational tolerance. Tolerant recipients have a fully functional immune system, which is able to prevent hematologic relapse or to control infections, and do not present symptoms of immune deficiency. The biological mechanisms, underlying this operational tolerance state in humans, probably involve both central and peripheral mechanisms. However, they remain poorly understood avoiding targeted therapies to develop in clinic. This study aimed characterizing the immune landscape associated with operational tolerance after aHSCT. As the immune response is a highly dynamic process resulting from complex interactions between immune cells and their microenvironment, we hypothesized that operational tolerance emerges from a global immune system adaptation after transplant. For this analysis, we used the power of multi-omics and integrative approaches. In two independent cohorts of patients who underwent aHSCT from an HLA-identical sibling donor, we collected blood samples from recipients one to two years after aHSCT and from their related donors before stem cell collections. We used deep cell immunophenotyping, transcriptomics and metabolomics profiles followed by their analyses with integrative tools including clinical data. These integrated analyses disclosed a central role of the ectoenzyme CD38 correlated with complement and platelet activation, in the persistent allo-immune response in non-tolerant patients. By contrast, tolerant patients exhibited higher androgenic steroids, associated with an immune network characterized by naïve CD8+ and double negative T cells. This network was notably associated with a transcriptomic profile involving TCF7/LEF1-associated T-cell stemness, and nucleotide catabolism by NT5E/CD73. The opposites functions of CD38 and CD73 in purine signaling and immune regulation might explain the balance between a non-tolerant and a tolerant state after aHSCT. Also, results point to active CD73-related production of adenosine as a key regulator of operational tolerance. Although these discoveries need confirmation, this study has opened new avenues in the understanding of immune tolerance after aHSCT with potential therapeutic targets that may improve outcome after transplantation.