Immunorégulation de la maladie du Greffon contre l’Hôte (GVH) par les cellules souches mésenchymateuses de la gelée de Wharton : études in vitro et in vivo sur un modèle de GVH chez la souris NSG

Impact of Wharton Jelly Mesenchymal Stem Cells on Graft versus Host Disease

• Auteur / Autrice : Cécile Pochon
• Direction : Marie-Thérèse Rubio, Maud D’Aveni-Piney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 14/09/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie moléculaire et physiopathologie articulaire (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Hugues Dalle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Thérèse Rubio, Maud D’Aveni-Piney, Frédéric Baron, Jérôme Larghero, Natalia de Isla
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Hugues Dalle, Frédéric Baron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférons gamma

Réaction du greffon contre l'hôte

Cellules stromales mésenchymateuses

Mots clés libres

Cellules souches mésenchymateuses

Gvh

Gelée de Wharton

Ido

Transfert mitochondrial

IFN- γ

Mesenchymal stem cells

Gvhd

Wharton's jelly

Ido

Mitochondrial transfer

IFN- γ

Résumé

Les Cellules Souches Mésenchymateuses de gelée de Wharton (CSM-GW) sont des cellules stromales pluripotentes issues de cordons ombilicaux. Dans notre étude, les CSM-GW produites à grade clinique au CHRU de Nancy ont un potentiel anti-prolifératif d’intensité variable selon le cordon source sur les lymphocytes T (LT). La pré-incubation des CSM-GW par IFN-γ (CSM-GW-IFN) pendant 48h augmente leur potentiel anti-prolifératif in vitro. Nous montrons que cet effet est lié à l’augmentation de l’activité de l’indoleamine2,3-dioxygénase (IDO) des CSM-GW-IFN. Nous avons également observé que, indépendamment de l’activation par IFN et d’IDO, les CSM-GW sont capables de transférer du matériel mitochondrial vers les LT activés. Ce transfert est contact dépendant, tout comme l’action immunosuppressive des CSM-GW. Après transfert mitochondrial, les LT activés ayant reçu des mitochondries prolifèrent significativement moins que ceux n’ayant pas reçu de mitochondries. L’inhibition d’IDO restaure la capacité proliférative des LT, qu’ils aient ou non reçu des mitochondries. L’analyse des voies métaboliques des LT activés en présence de CSM-GW, a révélé une modulation du métabolisme des LT caractérisée par une diminution de la glycolyse aérobie et une augmentation de la phosphorylation oxydative, phénomène reversé par l’inhibition d’IDO. Nous avons enfin montré dans un modèle murin de maladie du greffon contre l’hôte (GVH), que 3 injections de CSM-GW-IFN séquentielles (J7, J14 et J21 post-greffe) permettaient de réduire les signes cliniques et histologiques de GVH et d’augmenter la survie des souris. Cet effet protecteur vis-à-vis de la GVH n’était pas lié à une prolifération moindre des lymphocytes T dans le sang, ni à l’induction de T régulateurs. Les études de « homing » des CSM-GW ont permis de les détecter dans les poumons et à moindre taux dans la peau 24H après l’administration puis elles deviennent indétectables. Leur contact avec les lymphocytes T est néanmoins transitoirement possible dans ces organes après chaque administration. Au total, nos résultats suggèrent que les CSM-GW-IFN inhibent l’activation des LT via des mécanismes complémentaires impliquant la production d’IDO et le transfert de mitochondries qui vont moduler le métabolisme des LT activés. Les résultats de l’étude préclinique nous ont conduit au développement d’une étude clinique de phase I d’injections de CSM-GW en prévention de la GVH chez l’homme.

Wharton's Jelly Mesenchymal Stem Cells (WJ-MSC) are pluripotent stromal cells derived from umbilical cords. In our study, WJ-MSCs produced at clinical grade at the University Hospital of Nancy have an anti-proliferative potential of variable intensity on T lymphocytes (LTs). Pre-incubation of WJ-MSCs with IFN-γ (WJ-MSC-IFN) for 48 h increases their anti-proliferative potential in vitro. We showed that this effect was related to an increase in indoleamine2,3-dioxygenase (IDO) activity by WJ-MSCs. We also observed that independently of IFN activation and of IDO, WJ-MSCs can transfer mitochondrial material to activated LTs. This transfer is contact-dependent, as is the immunosuppressive action of WJ-MSCs. After mitochondrial transfer, activated T cells having received mitochondria proliferate significantly less than those that had not received mitochondria. IDO inhibition restores the proliferative capacity of LTs, whether or not they have received mitochondria. The analysis of the metabolic pathways of LTs in the presence of WJ-MSCs revealed a modulation of T cell metabolism characterized by a decrease in aerobic glycolysis and an increase in oxidative phosphorylation, a phenomenon reversed by IDO inhibition. Finally, we have shown in a mouse model of graft versus host disease (GVHD), that 3 sequential injections of WJ-MSC-IFN (at D7, D14 and D21 post-transplantation) allow to reduce the clinical and histological signs of GVHD and increase mouse survival. This protective effect against GVHD was not related to a lower proliferation of LTs, nor to the induction of regulatory T cells. The “homing” studies of WJ-MSCs have shown their presence in the lung and at a lower rate in the skin 24 hours after administration, then they become undetectable. Their contact with LTs is nevertheless transiently possible in these organs after each administration. Altogether, our results suggest that WJ-MSC-IFN inhibit LT activation via complementary mechanisms involving IDO production and mitochondrial transfer modulating T cell metabolism. The results of the preclinical study led us to develop of a phase I clinical trial of several administrations of WJ-MSC for the prevention of GvHD.