Rôle du facteur de transcription Eomes dans la modulation de la réponse antitumorale des lymphocytes T au cours de la thérapie ciblant 4-1BB

Role of the transcriptional regulator Eomes in shaping T cell response to 4-1BB agonist immunotherapy

• Auteur / Autrice : Arantxa Agesta
• Direction : Anne Dejean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 06/03/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires (Toulouse ; 2021-....)
• Jury : Président / Présidente : Maha Ayyoub
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Ségui
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Céline Charvet, Yenkel Grinberg-Bleyer, Eric Tartour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anticorps antitumoraux

Facteurs de transcription

Lymphocytes T

Mots clés libres

Facteur de transcription

Eomes

4-1BB

Lymphocytes T

Activité antitumorale

Transcription factor

Eomes

4-1BB

T cells

Antitumor immunity

Résumé

L'utilisation d'anticorps monoclonaux dirigés contre des récepteurs inhibiteurs a révolutionné le traitement du cancer. Or, de nombreux patients ne répondent pas aux traitements, nécessitant d'autres approches thérapeutiques. Une stratégie prometteuse est l'activation de récepteurs stimulateurs afin de redynamiser la réponse antitumorale. 4-1BB (CD137, TNFRSF9) est une molécule de costimulation exprimée sur les lymphocytes T (LT) activés. Des études précliniques ont montré que des anticorps agonistes ciblant 4-1BB (a4-1BB) induisaient des effets antitumoraux efficaces en favorisant la prolifération, la sécrétion d'IFN-g et la cytotoxicité des LT. De plus, les nouvelles générations de thérapies cellulaires CAR-T (cellules T porteuses d'un récepteur chimérique) intègrent un domaine de 4-1BB afin d'augmenter l'expansion et la persistance de ces cellules in vivo et ainsi leurs effets antitumoraux. De façon intéressante, il a été montré que l'expression du facteur de transcription (FT) Eomes est augmentée, dans les LT, suite au traitement a4-1BB. Ce FT régule les fonctions cytotoxiques des LT mais le lien entre Eomes et 4-1BB, ainsi que les mécanismes sous-jacents restent mal connus. Ainsi, l'objectif de ma thèse a été de mieux comprendre le rôle d'Eomes dans les effets antitumoraux de l'a4-1BB. Des souris compétentes ou déficientes pour Eomes au sein des LT (Eomesfl/fl-CD4Cre) porteuses d'un myélome multiple et traitées par l'a4-1BB ou des IgG contrôles ont été utilisées. Chez les souris compétentes pour Eomes, la diminution de la charge tumorale suite à l'a4-1BB est associée à une accumulation préférentielle de LT exprimant Eomes, une augmentation de la prolifération, de l'activation, de la cytotoxicité et de la production de cytokines par ces LT. Nos résultats montrent une absence totale de réponse chez les animaux déficients pour Eomes suggérant un rôle de ce FT, en aval de 4-1BB, pour la cytotoxicité mais aussi pour la réponse globale des LT. De plus, l'utilisation de souris reportrices Eomes-GFP a montré un rôle d'Eomes intrinsèque aux LT puisque seuls les LT exprimant Eomes sont capables de répondre au traitement. L'absence de réponse des LT déficients pour Eomes nous a conduit à étudier le rôle de ce FT dans la régulation de l'expression de 4-1BB. Ainsi, 4-1BB est surexprimé dans les LT compétents pour Eomes suite au traitement alors qu'il est absent dans les LT déficients pour Eomes, suggérant une boucle de régulation dans laquelle l'expression de 4-1BB est induite suite à l'a4-1BB, de façon dépendante à Eomes. De plus, nous avons analysé l'impact d'une délétion aigue d'Eomes (Eomesfl/fl-ERT2-CD4Cre) et avons montré que ce FT n'est pas seulement nécessaire à l'initiation du programme, mais est essentiel pour le maintien/survie des LT répondant au traitement. Cette survie accrue des LT Eomes+41BB+ explique leur accumulation au niveau de la tumeur. Enfin, nous avons analysé le rôle de ce FT lors du traitement au sein des LT régulateurs (LTreg). L'expression de 4-1BB étant constitutive dans les LTreg, ce sont les seuls LT capables de répondre au traitement en absence d'Eomes. De plus, nos résultats montrent l'émergence d'une population de LT co-exprimant Foxp3 et Eomes après traitement. Ces LT, qui ont pour origine les LTreg naturels Foxp3+, sont caractérisés par une augmentation de production d'IFN-g, d'IL-10 et de granzyme B. L'analyse de ces LT in vitro a montré une perte de leurs fonctions suppressives. En absence de traitement, mon équipe a aussi pu montrer la présence de ces cellules dans un modèle murin de sclérose en plaques ou encore chez l'Homme dans le sang de donneurs sains. Ainsi, ces travaux ont permis de mieux comprendre l'axe 4-1BB/Eomes au cours de la réponse antitumorale dans les différentes populations de LT et ont permis de montrer le rôle d'Eomes dans la différentiation et la survie des LT en réponse au traitement a4-1BB. Cette étude a aussi permis de révéler le rôle inattendu d'Eomes dans les LTreg.

Over the last decade, immune checkpoint blockade using monoclonal antibodies directed against inhibitory receptors has revolutionized cancer treatment. However, only a fraction of patients achieves remission while many still fail therapy, highlighting the need of complementary approaches. A promising strategy involves the use of agonist mAbs targeting stimulatory receptors. 4-1BB (CD137, TNFRSF9) is an inducible co-stimulatory receptor expressed by activated T cells. Preclinical studies demonstrated that agonist antibodies targeting 4-1BB (a4-1BB) elicit powerful antitumor response in many models of tumors by promoting T cell type 1 response and cytotoxicity. In addition, new generations of CAR-T cells (Chimeric Antigenic Receptor-T) can integrate a 4-1BB domain to increase cell expansion and persistence in vivo, and therefore their antitumor activity. Interestingly, it has been shown that the expression of the transcription factor (TF) Eomes is increased in T cells following a4-1BB treatment. This TF is mostly known as a key regulator of T cell cytotoxicity. Nevertheless, the underlying mechanism connecting 4-1BB signaling pathway with Eomes is still elusive. Thus, the main objective of my PhD research works was to better understand the role of Eomes in a4-1BB antitumor effects. We used a model of multiple myeloma grafted into mice with conditional deletion of Eomes in T cells (Eomesfl/fl-CD4Cre) and treated with a4-1BB or IgG control. In Wild Type (WT) treated mice, the decreased tumor burden was associated with a preferential accumulation of Eomes+ T cells, as well as an increased proliferation, activation, cytotoxicity and cytokines production of T cells. By contract, a total absence of response was observed in Eomes deficient mice, suggesting that Eomes, downstream of 4-1BB, is not solely required for T cell cytotoxicity but needed for the global T cell response to a4-1BB. In addition, the use of Eomes-GFP reporter mice highlighted the T cell-intrinsic role of Eomes since only T cells expressing Eomes were able to respond to 4-1BB engagement. The lack of response of Eomes-deficient T cells prompted us to examine the role of this TF in the regulation of 4-1BB expression. We found that 4-1BB was overexpressed in WT T cells following treatment, whereas its expression was lacking in Eomes-deficient T cells. These results suggest a regulatory feedback loop in which the expression of 4-1BB is induced following 4-1BB triggering in an Eomes-dependent manner. In addition, we analyzed the impact of an acute Eomes deletion (Eomesfl/fl-ERT2-CD4-Cre) and we showed that this TF is not only necessary for the initiation of the 4-1BB program but is also essential for maintenance/survival of T cells responding to this treatment. This increased survival of Eomes+4-1BBhigh T cells might explain their accumulation in the tumor. Finally, we analyzed the role of Eomes on Foxp3+ regulatory T cells (Treg) upon a4-1BB treatment. The constitutive expression of 4-1BB in Treg, independently of Eomes, makes them the only T cells capable to respond to a4-1BB in absence of Eomes. Besides, our results showed the emergence of a population of cells co-expressing Foxp3 and Eomes in WT-treated mice. This population originates from natural Foxp3+ Treg, accumulates in the tumor and is characterized by an increased IFN-g, IL-10 and granzyme B production. The in vitro analysis showed a loss of suppressive functions of these cells. Interestingly, in the absence of treatment, my team observed the presence of these cells in a mouse model of multiple sclerosis and also in the human blood of healthy donors. Altogether, this work enables a better understanding of the 4-1BB/Eomes axis during antitumor immune response in the different T cell populations and highlights the major role of Eomes in the differentiation and survival of T cells in response to a4-1BB treatment. In addition, this study also points up the unexpected role of Eomes in Foxp3+ Treg cells.