Immunothérapie lymphocytaire T γδ dirigée contre l’infection au cytomégalovirus et le glioblastome : études précliniques

γδ T cell-based immunotherapy against cytomegalovirus infection and glioblastoma : proof-of-concept

• Auteur / Autrice : Gabriel Marsères
• Direction : Lionel Couzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie - immunologie
• Date : Soutenance le 28/06/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ImmunoConcEpT Immunologie Conceptuelle, Expérimentale et Translationnelle (Bordeaux ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Harald Wodrich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Oriol Bestard, Darya Alizadeh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Scotet, Martina Sester

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glioblastome

Cytomégalovirus

Lymphocytes -- Immunologie

Immunothérapie

Mots clés libres

Immunothérapie

Lymphocyte

Gamma delta

Cytomégalovirus

Glioblastome

Immunotherapy

Lymphocyte

Gamma delta

Cytomegalovirus

Glioblastoma

Résumé

De multiples thérapies cellulaires lymphocytaires sont en développement. Elles ciblent notamment les cancers, les maladies infectieuses et les maladies auto-immunes. Les limites des thérapies lymphocytaires T alpha-beta (ab) ont ouvert la voie à l’utilisation de lymphocytes CAR T ab, en particulier dans les cancers hématologiques, mais d’autres pistes méritent d’être explorées, incluant d’autres populations immunitaires. Les lymphocytes T gamma-delta (LT gd) sont des lymphocytes T dits non conventionnels, par opposition aux LT ab. Ils sont divisés en deux populations principales : les LT Vg9Vd2 et les LT non-Vg9Vd2, toutes deux capables de réagir contre des cellules tumorales ou des infections. Leurs multiples mécanismes d’activation, indépendants de la présentation par le HLA, et diverses fonctions effectrices justifient leur utilisation comme thérapies cellulaires. La récente mise en place d’un protocole préclinique d’expansion spécifique de LT non-Vg9Vd2 a permis de montrer la pertinence de cette population pour le traitement des leucémies, conduisant au démarrage d’une étude clinique de phase I. Néanmoins, leur utilisation pour cibler des tumeurs solides ou des maladies infectieuses reste à évaluer.L’objectif de ce travail était de démontrer le potentiel préclinique des LT non-Vg9Vd2 comme thérapie cellulaire contre l’infection à cytomégalovirus (CMV) qui reste une complication majeure après transplantation d’organe solide (TOS) ou greffe de cellules souches hématopoïétique (GCSH), car les récidives et la survenue de résistance aux traitements antiviraux sont fréquentes. La reconnaissance par les LT non-Vg9Vd2 de signaux de stress partagés par les cellules infectées et cancéreuses nous a conduit à formuler un second objectif en cours de thèse. Nous avons ainsi testé leur potentiel préclinique contre le glioblastome (GBM) qui est une des tumeurs solides les plus agressives, associée à une récurrence quasi systématique après traitements, et une survie à cinq ans inférieure à 7%.Les LT non-Vg9Vd2 amplifiés in vitro ont dans un premier temps été évalués dans le contexte de l’infection au CMV. Nous avons obtenu une expansion reproductible de ces cellules à partir de donneurs sains et de patients transplantés présentant une infection à CMV récurrente ou réfractaire. Indépendamment de la sérologie CMV du donneur, les LT non-Vg9Vd2 amplifiés présentent un phénotype activé et cytotoxique. Ils dégranulent et sécrètent de l’IFNg; en présence de cellules cibles infectées par le CMV, et contrôlent la dissémination virale in vitro. Au niveau mécanistique, leur réactivité anti-CMV est indépendante du TCR mais implique le récepteur de co-stimulation LFA-1. Enfin, ils sont maintenus et réagissent contre le CMV en présence d’immunosuppresseurs utilisés en clinique. Ces données précliniques supportent l’utilisation des LT non-Vg9Vd2 comme thérapie cellulaire pour la prévention et le traitement de la maladie à CMV après TOS ou GCSH.Cette même thérapie cellulaire a ensuite été évaluée contre différents modèles de GBM in vitro. Les LT non-Vg9Vd2 amplifiés sont capable d’induire l’apoptose de différentes lignées de GBM (de laboratoires et dérivées de patients) cultivées en monocouche, de façon dose-dépendante. Des modèles en trois dimensions utilisant des sphéroïdes de cellules souches de GBM ont également été mis en place, et ont montré leur élimination complète par les LT non-Vg9Vd2 amplifiés, utilisés en combinaison avec de l’interleukin 15. Il a enfin été montré que le récepteur NKG2D participe à la cytotoxicité des LT non-Vg9Vd2 contre le GBM. Ces données doivent désormais être confirmées et complétées dans des modèles murins.Cette thèse apporte une première preuve de concept pour l’utilisation de cette thérapie cellulaire pour le traitement du CMV et du GBM, et positionne les LT non-Vg9Vd2 dans la dynamique globale d’optimisation et de diversification des stratégies de thérapie cellulaire.

Multiple cell therapy strategies based on lymphocyte adoptive transfer are currently developed, targeting diverse pathologies such as cancer, infectious diseases, or autoimmune diseases. Chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapies notably showed important clinical benefits against hematological malignancies. However, adaptive effectors face important limitations in solid tumour and infectious disease settings. There is therefore a strong need to improve existing cell therapies or to develop new strategies based on other immune effectors. gamma-delta (gd) T cells are unconventional T lymphocytes, divided in two main populations, Vg9Vd2 and non-Vg9Vd2 T cells. Both populations can respond to infection or carcinogenesis through multiple sensing mechanisms and effector functions, and can recognize antigens independently of HLA presentation. These properties make them attractive candidates for cell therapies. Thanks to the recent development of a clinical-grade protocol for their expansion, non-Vg9Vd2 T cells have been positioned as a relevant strategy to target hematological malignancies. However, their use to target solid tumors or infectious diseases is poorly described.The aim of this preclinical work was to evaluate the preclinical potential of in vitro amplified non-Vg9Vd2 T cells to target cytomegalovirus (CMV) infection, which remains a major complication in hematopoietic stem cell transplant (HSCT) recipients receiving a graft from a CMV-seronegative donor (D-R+ HSCTR), and in D+R- solid-organ transplant recipients (SOTR). The common sensing by non-Vg9Vd2 T cells of stress signals shared by infected and cancer cells led us to develop a second objective during the thesis. We evaluated the preclinical potential of amplified non-Vg9Vd2 T cells against glioblastoma (GBM), a highly aggressive tumor associated with certain recurrence and a five-years survival rate inferior to 7%.We first evaluated amplified non-Vg9Vd2 T cells in the context of CMV infection. We obtained a robust non-Vg9Vd2 T cell amplification in vitro, from healthy donors as well as D+R- SOTR undergoing recurrent or refractory CMV infection. Regardless of CMV serostatus, expanded non-Vg9Vd2 T cells displayed an activated central memory phenotype, low exhaustion markers, and an overt cytotoxic phenotype. They degranulated and secreted IFNg; in the presence of CMV-infected cells, and controlled viral dissemination in vitro. At the mechanistic level, CMV-induced reactivity was observed independently of the gdTCR, but required the co-stimulatory receptor LFA-1. Finally, non-Vg9Vd2 T cells could be maintained and respond to CMV infection in the presence of immunosuppressive drugs used in the clinics. Altogether, these data provide a proof-of-concept for future clinical use of amplified non-Vg9Vd2 T cells in the prevention and curative treatment of CMV disease in SOTR and HSCTR.Next, we evaluated the same cellular product against in vitro models of GBM. We first observed a dose-dependent killing of multiple GBM laboratory cell lines by amplified non-Vg9Vd2 T cells. This killing was confirmed against clinically-relevant models of patient-derived glioblastoma stem cells (GSCs) in two-dimensional cocultures. In three-dimensional co-cultures with GSC spheroids, amplified non-Vg9Vd2 T cells used in combination with interleukin 15 could completely eliminate targets in a dose and time-dependent manner. Finally, we observed that GBM killing was in part dependent of the NKG2D receptor. These in vitro data must now be confirmed and extended in preclinical in vivo murine models.Altogether, this work provides a preclinical rational for the repurposing of in vitro amplified non-Vg9Vd2 T cells to target CMV infection and a solid tumor (GBM). It must be placed in a global current effort to diversify and optimize cell therapy strategies to improve their clinical efficacy and extend their use to multiple pathologies.