Signature calcique de la synapse immunologique en présence de l'axe PD-1/PD-L1 dans les leucémies aiguës myéloïdes

Calcium signature of the immunological synapse in the presence of PD-1/PD-L1 axis in acute myeloid leukemia

• Auteur / Autrice : Clara Lewuillon
• Direction : Yasmine Touil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 04/04/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hétérogénéité, plasticité et résistance aux thérapies des cancers (CANTHER) - Cancer Heterogeneity, Plasticity and Resistance to Therapies - UMR 9020 - U 1277
• Jury : Président / Présidente : Salomon Manier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Garçon, Loïc Lemonnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Halima Ouadid-Ahidouch, Virginie Penard-Lacronique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Échappement de la tumeur à la surveillance immunitaire

Lymphocytes T

Antigène CD274

Récepteur-1 de mort cellulaire programmée

Synapses immunologiques

Canaux calciques

Signalisation calcique

Maladie résiduelle

immunologie

Leucémie aigüe myéloïde

Lymphocytes T

Cellules cancéreuses

Inhibiteurs calciques

Canaux calciques

Calcium

Maladie résiduelle

Aspect immunologique

Leucémie aigüe myéloïde

Mots clés libres

Calcium

Synapse immunologique

PD-1/PD-L1

Leucémie

Myéloïde

Calcium

Immunological synapse

PD-1/PD-L1

Leukemia

Myeloid

Résumé

La leucémie aiguë myéloïde (LAM) est une maladie du sang causée par une accumulation de cellules immatures appelées cellules leucémiques (CL). Les thérapies conventionnelles comme les chimiothérapies ne permettent pas l'élimination de toutes les CL et leur persistance est appelée maladie minimale résiduelle (MRD). Cette MRD cause la rechute après traitement dans plus de 50% des cas dans un délai de 2 mois à 5 ans malgré le fait que le système immunitaire (SI) adaptatif, et les lymphocytes T (LT) en particulier, participe à l'élimination ou à la dormance/MRD (quiescence, contrôle de la croissance) des CL selon leurs propriétés intrinsèques (expression de certains récepteurs, statut prolifératif). Cela peut être dû à la persistance de cellules souches quiescentes et/ou CL pouvant présenter des mécanismes immunosuppresseurs tels que la signalisation PD-1/PD-L1 aboutissant à une dysfonction du SI via l'inhibition de l'activité des LT.La signalisation calcique et le facteur de transcription NFAT associé gouvernent de nombreuses fonctions cellulaires et moléculaires et peuvent déterminer le devenir de la cellule tumorale : prolifération, apoptose, quiescence et immunoéchappement. Ces signaux calciques sont toutefois peu élucidés et ce qui peut réguler la résistance innée des cellules tumorales contre les LT n'est toujours pas connu à ce jour. Identifier les phénotypes responsables de cette résistance est essentiel dans la compréhension des mécanismes d'immunoéchappement comme la quiescence et l'expression de PD-L1.Pour cela, la signalisation calcique de lignées cellulaires de LAM et de patients atteints de LAM au diagnostic a été étudiée et a montré une spécificité de signature en fonction (i) du statut de différenciation, (ii) de la quiescence, (iii) de l'activité ABCB1 et de la sous-population cellules souches leucémiques (CSL).Il est également primordial de mieux comprendre le dialogue bilatéral entre les cellules du SI adaptatif et les CL afin de prévenir les rechutes chez les patients. La signature calcique de LT et CL de patients LAM a été étudiée en fonction de leur phénotype lors de la formation de la synapse immunologique afin de mettre en évidence une potentielle spécificité dépendante des propriétés intrinsèques des CSL et/ou des propriétés des LT.Cette signalisation calcique a également été étudiée dans des conditions de modulation à l'aide (i) d'un inhibiteur des voies calciques et (ii) d'un traitement chimiothérapeutique afin d'apporter une meilleure compréhension de ces mécanismes régulateurs et de résistance des cellules persistantes.L'étude de la signalisation calcique des CL et l'utilisation de la technologie microfluidique afin d'étudier la réponse calcique de différentes synapses immunologiques en fonction des phénotypes des CL et LT à l'échelle de la cellule unique nous permet de mettre en évidence (i) l'implication des canaux SOCs dans la réponse calcique des CL et LT de patients LAM, (ii) une signature calcique liée à une synapse immunologique spécifique formée en fonction des sous-populations de CL et LT et (iii) une modulation de cette signature calcique des sous-populations et de leurs synapses immunologiques formées suite à un traitement avec un inhibiteur des canaux SOCs ou un traitement chimiothérapeutique.Ce projet multidisciplinaire pourrait donc, à terme, apporter de nouvelles connaissances sur les mécanismes qui contrôlent l'échappement des CL et la MRD dans les LAM (quiescence des CSL, dormance immunologique via l'axe PD-1/PD-L1). Ces nouvelles connaissances pourraient offrir de nouvelles perspectives d'immunothérapies ou d'optimisation de protocoles de chimiothérapies et d'immunothérapies actuellement utilisés en clinique en proposant (i) de nouveaux traitements combinant le ciblage des canaux calciques aux thérapies conventionnelles et/ou (ii) une immunothérapie de précision.

Acute myeloid leukemia (AML) is a blood disease caused by an accumulation of immature cells called leukemic cells (LCs). Conventional therapies such as chemotherapy do not eliminate all of the LCs and their persistence is called minimal residual disease (MRD). This MRD causes relapse after treatment in more than 50% of cases within 2 months to 5 years despite the fact that the adaptive immune system (IS), and T lymphocytes in particular, participates in the elimination or dormancy/MRD (quiescence, growth control) of LCs depending on their intrinsic properties (expression of certain receptors, proliferative status). This may be due to the persistence of quiescent stem cells and/or LCs that may exhibit immunosuppressive mechanisms such as the PD-1/PD-L1 signaling leading to IS dysfunction through the inhibition of T lymphocyte activity.Calcium signaling and the associated transcription factor NFAT govern many cellular and molecular functions and may determine tumor cell fate: proliferation, apoptosis, quiescence and immune escape. These calcium signals are, however, poorly elucidated and what may regulate the innate resistance of tumor cells against T lymphocytes is still not known to date. Identifying the phenotypes responsible for this resistance is essential in understanding immune escape mechanisms such as quiescence and PD-L1 expression.For this purpose, calcium signaling of AML cell lines and AML patients at diagnosis was studied and showed a signature specificity according to (i) differentiation status, (ii) quiescence, (iii) ABCB1 activity and leukemic stem cell (LSC) subpopulation.A better understanding of the two-way dialogue between adaptive IS cells and LCs is also crucial to prevent relapse in patients. The calcium signature of T lymphocytes and LCs from AML patients was studied according to their phenotype during the formation of the immunological synapse in order to highlight a potential specificity depending on the intrinsic properties of the LSC and/or the properties of the T lymphocytes.This calcium signaling was also studied under conditions of modulation with (i) a calcium pathway inhibitor and (ii) a chemotherapeutic treatment in order to provide a better understanding of these regulatory and resistance mechanisms of persistent cells.The study of LCs' calcium signaling and the use of microfluidic technology to study the calcium response of different immunological synapses according to LCs and T lymphocytes phenotypes at the single cell level allows us to demonstrate (i) the involvement of SOC channels in the calcium response of AML LCs and T lymphocytes, (ii) a calcium signature linked to a specific immunological synapse formed according to the LCs and T lymphocytes subpopulations and (iii) a modulation of the subpopulations' calcium signature and immunological synapses formed following a treatment with an inhibitor of the SOC channels or a chemotherapeutic treatment. This multidisciplinary project could therefore ultimately provide new insights into the mechanisms controlling LCs escape and MRD in AML (LSC quiescence, immunological dormancy via the PD-1/PD-L1 axis). This knowledge could offer new perspectives for immunotherapies or optimization of chemotherapy and immunotherapy protocols currently used in the clinic by proposing (i) new treatments combining calcium channel targeting with conventional therapies and/or (ii) precision immunotherapy.