Réponses des cellules Natural Killer (NK) et des cellules lymphoïdes innées aux tumeurs autologues et allogéniques

Natural Killer (NK) and Innate Lymphoid Cell responses to autologous and allogeneic tumors

• Auteur / Autrice : Anna Louisa Thaller
• Direction : Hélène Strick-Marchand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 30/03/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité d'Immunité Innée (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Structure de recherche : Institut Pasteur. Département d'Immunologie (2006-….)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Latour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eliane Piaggio, Jan Spanholtz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aura Muntasell Castellvi, Ofer Mandelboim

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tumeurs

Récepteurs Fc

Résistance aux maladies

Système immunitaire

Cellules lymphoïdes innées

Cellules NK

Mots clés libres

Cellules tueuses naturelles

Cellules lymphoïdes innées

Système immunitaire humain

Souris

Modèles de tumeurs autologues

Récepteurs Fc

Complément

B-LCL

Anticorps thérapeutiques

Immunité innée

Natural Killer cells

Innate Lymphoid cells

Human immune system

Mice

Autologous tumor models

Fc Receptors

Complement

B-LCL

Therapeutic antibodies

Innate immunity

Résumé

Ces dernières années, les cellules lymphoïdes innées (ILC), en particulier les cellules Natural Killer (NK), sont au centre des recherches pour des nouvelles approches immunothérapeutiques, notamment pour le traitement du cancer. Pour mieux comprendre l'impact des cellules ILC et NK dans les réponses antitumorales, il est essentiel de disposer de modèles expérimentaux avancés, notamment in vivo. Des souris humanisées pour le système immunitaire (HIS) constituent un tel modèle chez lesquels la présence de cellules NK et ILC humaines a été démontrée. Le but de mon projet de thèse est de définir les rôles des cellules NK humaines et des sous-ensembles d'ILC humains dans la réponse immunitaire anti-tumorale in vivo dans le modèle souris HIS. Les anticorps monoclonaux ont un impact considérable en tant qu'immunothérapeutiques pour le traitement de nombreux cancers. Les anticorps exercent leurs effets via les récepteurs Fc (FcR) exprimés sur plusieurs cellules immunitaires, notamment les neutrophiles, les macrophages et les cellules NK. Cependant, les cellules effectrices et les mécanismes qui régulent ces réponses antitumorales efficaces chez l'homme ne sont toujours pas clairement définis. L'étude des réponses anti-tumorales, médiées par les anticorps humains chez les souris HIS est compliquée par la présence des cellules FcR+ résiduelles de souris qui peuvent participer à l'immunité. Afin de mieux définir les mécanismes cellulaires impliqués dans l'élimination des tumeurs médiée par les anticorps, j'ai caractérisé un nouveau modèle de souris HIS inactivé pour le FcR qui a été développé dans le laboratoire. Nous avons démontré la délétion du gène Fcer1g au niveau ADN et ARN par PCR et séquençage. L'absence de FcRs fonctionnels activateurs a été validé par cytométrie de flux et par un test d'anaphylaxie systémique passive chez la souris. J'ai caractérisé la déplétion des cellules cibles par différents anticorps, et variantes d'anticorps, dans ce nouveau modèle HIS inactivé pour FcR, et déterminé que les cellules exprimant le FcR de souris, le complément murin, et les cellules porteuses de FcR humains peuvent tous contribuer à la déplétion cellulaire médiée par les anticorps. De plus, en utilisant une variante d'anticorps déficiente pour le complément chez les souris HIS inactivé pour FcR, j'ai pu démontrer l'importance des cellules NK humaines FcR+ dans la déplétion cellulaire médiée par les anticorps in vivo. Afin de générer un modèle autologue de souris HIS portant des tumeurs, nous avons créé des lignées cellulaires lymphoblastoïdes syngéniques (LCLs), en transformant des cellules B humaines, provenant des souris HIS, avec le virus d'Epstein Barr (EBV). J'ai ensuite testé le potentiel tumoral de ces lignées cellulaires B EBV transformées (B-LCLs) in vivo. Les B-LCL injectées par voie intrapéritonéale ont greffé et ont proliféré chez des hôtes non humanisés et immunodéficients. Initialement, les B-LCL étaient principalement confinés à la cavité péritonéale, mais progressivement, les cellules tumorales se sont disséminées dans le sang et ont formé des tumeurs dans la rate, le foie, et la cavité péritonéale. De manière intéressante, lorsque les B-LCL ont été injectées à des souris HIS reconstituées, une réponse immunitaire antitumorale comprenant une expansion et une activation des cellules T cytotoxiques CD8+ et des cellules NK humaines a été observé, ainsi qu'une réduction du nombre de tumeurs. En résumé, nous avons généré un nouveau modèle de souris HIS déficient en FcR dans lequel les réponses médiées par les anticorps du système immunitaire humain contre les tumeurs autologues peuvent être étudiées.

In the last years innate lymphoid cells (ILCs), especially natural killer (NK) cells have moved into the focus for novel immunotherapeutic approaches in different diseases and particularly for the treatment of cancer. To understand the impact of ILCs and NK cells in anti-tumor responses, advanced experimental setups, including in vivo models, are essential. Mice reconstituted with a Humanized Immune System (HIS) have been shown to harbor human NK cells and ILCs, allowing to investigate the function of these subsets in vivo. The aim of my thesis project is to define the roles for human NK cells and human ILC subsets in the anti-tumor immune response in vivo using HIS mice. Monoclonal antibodies have made a tremendous impact as therapeutic agents for the treatment of a variety of cancers. Antibodies exert their effects via Fc Receptors (FcRs) expressed on several immune cells including neutrophils, macrophages and NK cells. Still, the precise effector cells and mechanisms underlying effective anti-tumor responses in humans remain unclear. Studying human antibody-mediated anti-tumor responses in HIS mice is complicated by the presence of residual mouse FcR+ cells that can elicit immune effects. To better define cellular mechanisms involved in antibody-mediated tumor clearance, I characterized a novel FcR-deficient HIS mouse model that was developed in the laboratory. We demonstrated deletion in the Fcer1g gene at DNA and RNA levels by PCR and sequencing. We further validated the absence of functional activating mouse FcRs by flow cytometry and with a passive systemic anaphylaxis assay in mice. I tested how target cell depletion by different antibodies, and antibody variants, are affected in this new FcR-deficient HIS model, and observed that mouse FcR bearing cells, mouse complement, and human FcR bearing cells could all contribute to antibody-mediated cell depletion. Furthermore, by using a complement inactive antibody variant in the FcR-deficient HIS mice I was able to show the importance of human FcR+ NK cells in antibody-mediated cell depletion in vivo. In order to generate an autologous HIS-tumor mouse model, we created syngeneic lymphoblastoid cell lines (LCLs) by transforming human B cells that had differentiated in HIS mice, using Epstein Barr virus (EBV). We then tested the tumor potential of these EBV B cell lines (B-LCLs) in vivo. Intraperitoneally injected B-LCLs showed efficient grafting and expansion in non-humanized, immunodeficient hosts. At early time points the B-LCLs were mostly confined to the peritoneal cavity but with time tumor cells disseminated in the blood and formed tumors in the spleen, liver and peritoneal cavity. Interestingly, when injected into reconstituted HIS mice, anti-tumor immune responses were observed that included expansion and activation of human CD8+ cytotoxic T cells and NK cells with a reduction in the number of tumor cells. Taken together, we have generated a novel FcR deficient HIS mouse model in which antibody-mediated responses by the human immune system against autologous tumors can be studied.