Role of the P2RX7 immunomodulator in lung cancer and fibrosis
Rôle de l'immunomodulateur P2RX7 dans le cancer et la fibrose pulmonaire
Résumé
Despite new findings and recent therapeutic progress, lung cancer is still the leading cause of cancer-related deaths whereas idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is still incurable. It is therefore urgent to find new strategies to help patients affected by these pathologies.P2RX7 is a canal receptor activated by high levels of extracellular ATP (eATP). Such levels of eATP are found in tumor and fibrotic tissues. P2RX7 plays a major role in modulating the immune response since it induces the activation of the NLRP3 inflammasome and the release of IL-1β and IL-18. Activation of P2RX7 allows the opening of macropores at the plasma membrane that could lead to cell death. Therefore, P2RX7 has immunomodulatory and antitumoral proprieties that could be boosted. Therefore, the team collaborated with chemists to synthetize a molecule named HEI3090 which I used during my PhD.During the first part of my PhD, I studied the impact of HEI3090 on tumor growth using two immunocompetent mouse models of lung cancer. I first identified HEI3090 as a positive modulator of P2RX7 that requires the presence of eATP to enhance P2RX7's activities. Then, I showed that HEI3090 inhibits lung tumor growth by reactivating an antitumor immune response that relies on IL-18 release by dendritic cells. HEI3090 enhances IL-18 release in a NLRP3-dependant manner and favors the recruitment and cytotoxicity of tumor infiltrating CD4+ T cells and NK cells as well as the enhancement of tumor immunogenicity. Hence, the combination of HEI3090 with anti-PD-1 cures 80% of mice in the subcutaneous mouse model and reduces the tumor burden by 60% in the in situ carcinogenesis mouse model. Moreover, cured mice were protected from a tumor rechallenge in a CD8-dependant manner. These results highlight the activation of P2RX7 as a therapeutic strategy in the treatment of lung cancer.During the second part of my PhD, I studied the ability of HEI3090 to control lung fibrosis progression. I first showed that the P2XR7/IL-18/IFN-γ pathway is downregulated in patients with IPF suggesting the antifibrotic potential of P2RX7. Using the bleomycin induced lung fibrosis mouse model, I showed that HEI3090 inhibits lung fibrosis progression by targeting the P2RX7/NLRP3/IL-18 pathway in immune cells. HEI3090 favors an antifibrotic immune profile since it enhances the production of IFN-γ by T cells, reduces TGFβ production as well as reduces the number of proinflammatory cells in the lung. I also showed that high levels of plasmatic IL-18 in IPF patients seem to predict a better survival. These findings suggest that targeting P2RX7 is a new therapeutic strategy in IPF. We also propose that plasmatic IL-18 levels could be a predictive biomarker in this disease.Lastly, I set up a protocol to evaluate the in vivo activation of P2RX7. The protocol is based on studying the macropore opening in wild type mice, which was further validated in p2rx7-/- mice. The ultimate goal of the protocol is to study the impact of molecules targeting P2RX7, notably HEI3090. Indeed, such molecules are currently studied in vitro or indirectly in vivo. Moreover, the protocol allows to identify the cell type targeted by such molecules as well as to define a therapeutic dose for better efficacy.Overall, this work highlights a therapeutic strategy in two lung pathologies and identifies a potential new predictive biomarker that is IL-18.
Malgré de nouvelles connaissances biologiques et des avancées thérapeutiques récentes, les cancers du poumon sont encore la première cause de décès liés au cancer alors que la fibrose pulmonaire idiopathique est incurable. Il est donc urgent d'élaborer de nouvelles approches pour aider les patients atteins de ces pathologies.P2RX7 est un récepteur canal activé par de fortes concentrations d'ATP extracellulaire (ATPe), concentrations retrouvées dans les tissus tumoraux et fibreux. Il joue un rôle majeur dans la modulation du système immunitaire par sa capacité à activer l'inflammasome NLRP3 et à libérer les cytokines IL-1β et IL-18. L'activation de P2RX7 conduit aussi à la formation de macropores à la membrane pouvant induire la mort cellulaire. Ces observations font de P2RX7 un récepteur aux capacités immunomodulatrices et antitumorales qui peuvent être exploitées. Ainsi, une collaboration avec des chimistes a permis de synthétiser une molécule nommée HEI3090 que j'ai utilisé pendant ma thèse.Durant la première partie de ma thèse, j'ai étudié l'effet de HEI3090 dans le contrôle de la croissance tumorale en utilisant deux modèles murins immunocompétents de cancer du poumon. J'ai d'abord identifié HEI3090 comme un modulateur positif de P2RX7 qui nécessite la présence d'ATPe pour potentialiser ses activités. J'ai ensuite montré que HEI3090 inhibe la croissance des tumeurs en réactivant une réponse immunitaire antitumorale, cet effet repose sur la production d'IL-18 par les cellules dendritiques. L'augmentation d'IL-18 se fait de façon NLRP3-dépendante et favorise le recrutement et la cytotoxicité des lymphocytes T CD4+ et NK ainsi que l'immunogénicité de la tumeur. De ce fait, la combinaison de HEI3090 avec des anti-PD-1 guérit 80% des souris dans le modèle de tumeurs transplantées et réduit de 60% la charge tumorale dans le modèle de carcinogenèse in situ. De plus, ces souris sont protégées d'un rechallenge tumoral grâce à la mise en place d'une réponse immunitaire mémoire CD8-dépendante. Ces résultats mettent en évidence que l'activation de P2RX7 constitue une stratégie thérapeutique prometteuse dans les cancers du poumon.Durant la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la capacité de HEI3090 à contrôler le développement de fibroses pulmonaires. J'ai d'abord montré que l'expression de la voie P2RX7/IL-18/IFN-γ est diminuée chez les patients atteints de fibrose pulmonaire idiopathique (FPI), suggérant le potentiel antifibrotique de P2RX7. Ensuite, grâce au modèle murin de fibrose pulmonaire induite par inhalation de bléomycine, j'ai montré que HEI3090 empêche le développement de fibroses pulmonaires. HEI3090 cible la voie P2RX7/NLRP3/IL-18 dans les cellules immunitaires et favorise un profil immunitaire antifibrotique caractérisé par une forte production d'IFN-γ par les lymphocytes T, une diminution de production de TGFβ ainsi qu'une réduction du nombre de cellules inflammatoires. J'ai également montré que les niveaux élevés d'IL-18 plasmatique chez les patients FPI semblent prédire une meilleure survie des patients. L'ensemble de ces résultats suggère que P2RX7 est une nouvelle stratégie thérapeutique dans la FPI et nous permet de proposer que le niveau d'IL-18 plasmatique pourrait constituer un biomarqueur prédictif dans la FPI.Enfin, j'ai développé un protocole permettant d'étudier l'activation de P2RX7 in vivo basé sur la formation de macropores dans des souris sauvages et p2rx7-/-. Ce protocole permet d'étudier l'effet in vivo de molécules ciblant P2RX7, dont HEI3090. Actuellement, ces molécules ne sont étudiées qu'in vitro ou de façon indirecte in vivo. De plus, ce protocole permet d'identifier la cellule ciblée et de déterminer les doses à administrer pour une meilleure efficacité.L'ensemble de ce travail a permis de mettre en avant une stratégie thérapeutique dans deux pathologies pulmonaires mais également d'identifier un potentiel biomarqueur prédictif qui est l'IL-18.
Origine : Version validée par le jury (STAR)