Modulation de l'immunogénicité de la mort tumorale induite par les traitements cytotoxiques par les DNASE extracellulaires

Modulation of the immunogenicity of cancer cell death induced by cytotoxic treatments by extracellular DNASEs

• Auteur / Autrice : Aliki Vasilakou
• Direction : Dorothée Duluc
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie du cancer
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Immunologie Conceptuelle, Expérimentale et Translationnelle
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Origins and pathogenesis of autoimmune and inflammatory disorders

Mots clés

Mots clés libres

Cancer

Cellules dendritiques

Mort cellulaire immunogène

DNASEs extracellulaires

Chimiothérapie

Radiothérapie

Cancer

Dendritic Cells

Immunogenic Cell Death

Extracellular DNASEs

Chemotherapy

Radiotherapy

Résumé

Certains traitements cytotoxiques tels que les chimiothérapies ont d'abord été identifiés pour leur capacité à bloquer la prolifération cellulaire et/ou à induire la mort des cellules tumorales. De multiples études ont ensuite souligné que l'efficacité clinique de diverses chimiothérapies dépendait largement de leur capacité à promouvoir des réponses immunitaires. Ces observations ont conduit au concept de mort cellulaire immunogène, défini comme ''une forme de mort cellulaire régulée qui est suffisante pour activer une réponse immunitaire adaptative chez les hôtes immunocompétents''. Par conséquent, certains traitements cytotoxiques conventionnels peuvent stimuler la libération d'antigènes tumoraux et de molécules ''adjuvantes'' qui contribuent tous deux à l'immunogénicité de la mort cellulaire tumorale. En fait, les antigènes tumoraux ne sont capables d'activer l'immunité antitumorale que s'ils sont associés à des signaux immunostimulateurs reconnus par les cellules dendritiques et conduisant à leur activation. En particulier, il a été démontré que l'ADN dérivé de la tumeur active les cellules dendritiques (DC) qui produisent des interférons de type I (IFN-I), des cytokines clés pour l'initiation de réponses immunitaires antitumorales. L'équipe a récemment caractérisé la DNASE1L3, une DNASE extracellulaire spécifiquement produite par les DC et les macrophages (MΦ), qui a une fonction unique de dégradation de l'ADN provenant des cellules mourantes, inhibant ainsi la capacité de l'ADN à stimuler les réponses immunitaires. Comme les traitements cytotoxiques provoquent la libération d'ADN extracellulaire par les cellules mourantes, les DNASE extracellulaires jouent probablement un rôle important dans la régulation de l'immunité antitumorale. Cependant, la fonction de la DNASE1L3 dans la régulation des réponses immunitaires anti-tumorales suite à des traitements cytotoxiques reste inconnue. L'accumulation d'ADN circulant chez les patients cancéreux s'accompagne d'une activité DNASE plasmatique réduite, ce qui indique que les tumeurs limitent l'expression et/ou la fonction des DNASEs extracellulaires. Une expression réduite de la DNASE1L3 a également été rapportée dans de nombreux types de cancer et il a été démontré qu'elle était associée à une faible survie chez les patientes atteintes d'un cancer du sein. Les données préliminaires de l'équipe utilisant des modèles murins de tumeurs mammaires suggèrent que la DNASE1L3 est nécessaire pour une efficacité optimale de traitements cytotoxiques tels que les chimiothérapies. Si ces données suggèrent clairement un rôle des DNASEs extracellulaires dans le cancer, leur fonction dans ce contexte pathologique reste inconnue. Il reste notamment à déterminer si les DNASEs peuvent moduler les propriétés immunogènes de l'ADN tumoral impliquées dans l'activation des cellules dendritiques et de leur capacité à initier des réponses immunitaires adaptatives, notamment suite à des traitements cytotoxiques. Le projet de thèse vise à caractériser les mécanismes d'action de la DNASE1L3 dans la régulation de l'immunité anti-tumorale induite par les traitements cytotoxiques. Notre premier objectif sera de déterminer l'impact des DNASEs sur l'immunogénicité de la mort cellulaire induite par les traitements. Pour cela, nous utiliserons des lignées cellulaires de cancer du sein humain traitées par irradiation ou par des chimiothérapies connues pour induire une mort cellulaire immunogène, en présence de DNASEs recombinantes. La capacité de ces cellules tumorales mourantes à activer des cellules dendritiques humaines sera ensuite évaluée. Pour déterminer l'importance de la DNASE1L3 intrinsèquement produite par les cellules dendritiques dans ces processus, nous générerons des cellules dendritiques humaines déficientes en DNASE1L3 en utilisant la technologie CRISPR Cas9. Ensuite, nous décrypterons les mécanismes impliqués dans l'activation des DC suite à la reconnaissance de l'ADN libéré par les cellules tumorales mourantes et digéré par les DNASE extracellulaires. Les processus impliqués dans la régulation de l'expression, de la production et de l'activité des DNASE1L3 étant inconnus, notre deuxième objectif sera d'explorer ces mécanismes. Enfin, notre troisième objectif sera d'évaluer l'activité de la DNASE1L3 dans le plasma des patientes atteintes d'un cancer du sein et l'expression de la DNASE1L3 dans des coupes de tumeurs mammaires et d'évaluer si ces paramètres peuvent être prédictifs des réponses aux traitements en utilisant une cohorte de patientes disponibles grâce à une collaboration avec les cliniciens.

Some cytotoxic treatments such as chemotherapies have first been identified for their capacity to block cell proliferation and/or to induce tumor cell death. Multiple studies have later underlined that the clinical efficacy of various chemotherapies largely relies on their capability to promote immune responses. These observations led to the concept of immunogenic cell death defined as “a form of regulated cell death that is sufficient to activate an adaptive immune response in immunocompetent hosts”. Therefore, some conventional cytotoxic treatments can boost both the release of tumor antigens and of “adjuvant-like” molecules that both contribute to the immunogenicity of tumor cell death. In fact, tumor antigens are only capable of activating antitumor immunity if associated with immunostimulatory signals recognized by dendritic cells and leading to their activation. Particularly, tumor-derived DNA was shown to activate dendritic cells (DCs) leading to production of type I interferons (IFN-I) which are key cytokines for the initiation of antitumor immune responses. The team has recently characterized DNASE1L3, an extracellular DNASE specifically produced by DC and macrophages (MΦ), that has a unique function to degrade DNA originating from dying cells, subsequently inhibiting the capacity of DNA to stimulate immune responses. As cytotoxic treatments cause the release of extracellular DNA by dying cells, extracellular DNASEs likely play important roles in the regulation of anti-tumor immunity. However, DNASE1L3 function in the regulation of anti-tumor immune responses flowing cytotoxic treatments remain unknown. Accumulation of circulatory DNA in cancer patients is accompanied by a reduced plasmatic DNASE activity, indicating that tumors restrain extracellular DNASEs expression and/or function. Reduced DNASE1L3 expression was also reported in the vast majority of tumors and shown to be associated with poor survival in breast cancer patients. Preliminary data of the team using murine tumor models suggest that DNASE1L3 is required for cytotoxic treatment (such as chemotherapies) efficacy. While these data clearly suggest a role for extracellular DNASEs in cancer, their function in this pathological context remains unknown. Notably, whether DNASEs may modulate immunogenic properties of tumor DNA involved in the activation of DC and the stimulation of their ability to initiate adaptive immune responses need to be determined, especially in the context of cytotoxic treatments. The PhD project aims at characterizing the mechanisms of action of DNASE1L3 in the regulation of anti-tumor immunity induced by cytotoxic treatments. Our first objective will be to determine the impact of DNASEs on treatment-induced cell death immunogenicity. For this, we will use human breast cancer cell lines treated by irradiation or chemotherapies reported to induce immunogenic cell death in the presence of recombinant DNASEs. The capacity of such dying tumor cells to activate human dendritic cells will then be evaluated. To determine the importance of DNASE1L3 intrinsically produced by dendritic cells in the process, we will generate human dendritic cells deficient for DNASE1L3 using the CRISPR Cas 9 technology. Next, we will decipher mechanisms involved in the activation of DC following the recognition of the DNA released by dying tumor cells and digested by extracellular DNASEs. As the processes involved in the regulation of the expression, of the production and of DNASE1L3 activity are unknown, our second objective will be to explore these mechanisms. Finally, our third objective will be to assess DNASE1L3 activity in breast cancer patient plasma and DNASE1L3 expression in patient tumor section and to evaluate if such parameters could be predictive to the responses to treatment using cohort of patients available through collaboration with clinicians.