Thèse soutenue

Hétérogénéité des neutrophiles et leurs écosystèmes dans l’immunosurveillance au cours de la tumorigenèse

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Auteur / Autrice : Manuela Pereira Abrantes
Direction : Marie-Cécile Michallet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Immunologie et Oncologie
Date : Soutenance le 21/09/2023
Etablissement(s) : Lyon 1
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
Jury : Président / Présidente : Mathias Faure
Examinateurs / Examinatrices : Etienne Meylan, Catherine Paul, Friederike Jönsson, Thomas Walter
Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Meylan, Catherine Paul

Résumé

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Le neutrophile est la cellule immunitaire la plus représentée dans le sang chez l’Homme, dont la migration au site inflammatoire est rapide. Le rôle du neutrophile a largement été décrit dans des contextes infectieux, auto-immunitaires et allergiques mais reste controversé dans le cancer, notamment dans les mécanismes d’immunosurveillance précoce. Le neutrophile se révèle être une population hétérogène tant phénotypiquement que fonctionnellement. L’origine et la compréhension de l’hétérogénéité des neutrophiles est un sujet émergent et croissant, mais aucune étude à ce jour ne décrit l’évolution de l’hétérogénéité des neutrophiles à différents stades. L’objectif de ma thèse est de caractériser cette hétérogénéité au sein des tissus au cours de la tumorigenèse, à partir de deux modèles d’études. Mon premier projet s’est intéressé au cancer colorectal (CCR) chez l’Homme de par l’accès privilégié à des échantillons de tissus adjacents colorectaux (AT), de tissus prénéoplasiques (polypes, P) et d'adénocarcinomes (ADK), frais, synchrones et pairés à partir de patients subissant des colectomies partielles ou totales. Des quantifications protéomiques démontrent que les neutrophiles représentent la principale augmentation de cellules immunitaires innées au sein de l'ADK. Pour la première fois, les profils transcriptomiques de neutrophiles triés et de leurs partenaires cellulaires par RNA-seq et single cell RNA-seq (scRNA-seq) au cours de la tumorigenèse ont été établis et intégrées pour déchiffrer l'hétérogénéité, l’évolution et les interactions cellulaires clés des neutrophiles, au cours du CCR. Alors que le microenvironnement du P et de l’ADK sont similaires et distinct de l’AT, le transcriptome des neutrophiles de P et d’AT sont corrélés mais différents de ceux de l’ADK. Ces résultats suggèrent une niche pré-inflammatoire dans le P favorable aux modifications des neutrophiles, précédant l'inflammation cancéreuse, favorisant la migration et l’activation des cellules myéloïdes. Les neutrophiles du P présentent des propriétés fonctionnelles (e.g. dégranulation, activation, production de cytokines) tandis que les neutrophiles de l'ADK présentent un état “d’épuisement” associé à un profil plutôt pro-tumoral (i.e. perte de fonctions canoniques et profil pro-tumoral). Le scRNA-seq de neutrophiles triés identifie 8 clusters distincts, dont deux sont spécifiquement enrichis dans l’AT et l’ADK. Le cluster enrichi dans l’AT est associé à des signatures anti-tumorales tandis que le cluster associé à l'ADK démontre des caractéristiques pro-tumorales, basées sur des analyses d’enrichissement de signatures issues de données publiques. Les analyses de trajectoire démontrent un continuum de l’AT, à P et ADK avec 3 trajectoires distinctes, où un cluster unique de neutrophiles exprimant des gènes induits par les interférons et enrichi dans l’ADK se distingue des autres. Le second projet s’est basé sur un modèle murin de carcinogenèse mammaire spontanée MMTV-NeuT pour lequel, à la différence du modèle chez l’Homme, nous avons accès aux différents stades tumoraux mais également au sang et aux organes lymphoïdes primaire (moelle osseuse) et secondaire (rate). Les analyses transcriptomiques de neutrophiles triés révèlent des états phénotypiques et fonctionnels distincts selon l’organe et le stade tumoral analysé. De manière originale, nous avons mis en évidence l’existence de neutrophiles EpCAM+ uniques aux tissus tumoraux et constituant 60 à 90% des neutrophiles totaux au cours de la tumorigenèse. L’expression d’EpCAM n’est pas endogène mais semblerait provenir de fragments membranaires exogènes à la surface du neutrophile, suggérant un mécanisme de trogocytose voire de trogoptose des cellules prénéoplasiques et tumorales. De futures études fonctionnelles permettront d’élucider le mécanisme et le rôle des neutrophiles EpCAM+.