Lymphocytes T régulateurs autosuffisants en interleukine-2 pour le traitement de maladies auto-immunes et inflammatoires

Interleukin-2 self-sufficient regulatory T cells for the treatment of autoimmune and inflammatory diseases

• Auteur / Autrice : Janie Robert
• Direction : David Klatzmann, Michelle Rosenzwajg
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 28/06/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Physiologie, physiopathologie et thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Immunologie-Immunopathologie-Immunothérapeutique
• Jury : Président / Présidente : Céline Louapre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Klatzmann, Julien Zuber, Yannick Muller, Michelle Rosenzwajg, Marina Cavazzana, Jérémie Martinet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Julien Zuber, Yannick Muller

Mots clés

Mots clés libres

Lymphocytes T régulateurs

Interleukine-2

Thérapie cellulaire

Maladies autoimmunes

Maladies inflammatoires

Thérapie génique

Regulatory T cells

Interleukin-2

Cell therapy

Autoimmune diseases

Inflammatory diseases

Gene therapy

Résumé

Les lymphocytes T régulateurs (Tregs) sont une sous-population cruciale de lymphocytes T, ayant la capacité de moduler le système immunitaire pour prévenir les maladies auto-immunes et inflammatoires (AIDs). Cependant, dans les AIDs, les Tregs présentent souvent des déficits fonctionnels ou sont diminués en nombre. La thérapie cellulaire adoptive de Tregs (TCAT) a été développée pour pallier cette déficience, impliquant le tri et l'expansion ex vivo des Tregs avec une supplémentation en interleukine-2 (IL-2), suivie de leur réintroduction chez les patients. Bien que les études cliniques initiales aient suggéré une efficacité potentielle, aucune preuve concluante issue des essais de phase II n'est apparue en 15 ans. Ce manque de progrès peut découler de plusieurs défis, y compris les processus complexes de fabrication cellulaire, la survie limitée in vivo et le risque d'instabilité phénotypique. Étant donné la dépendance des Tregs à la cytokine IL-2 pour leur survie, fonction et expansion, et leur incapacité intrinsèque à la produire, nous avons émis l'hypothèse que la transduction des Tregs avec le gène de l'IL-2 pourrait les rendre auto-suffisants, améliorant leur survie et leur stabilité. Nous avons découvert que tandis que la production autocrine d'IL-2 de type naturel sous un promoteur de force moyenne était toxique, une forme partiellement agoniste de l'IL-2 (IL2pa) spécifiquement sélectionnée n'affectait pas négativement les Tregs transduits. Ces Tregs modifiés (Tregs-IL2pa) ont démontré une survie prolongée sans précédent de plus d'un an in vivo. Les Tregs-IL2pa murins in vivo ont également conservé leur phénotype, montré une déméthylation complète de la Région Déméthylée Spécifique aux Tregs (TSDR), maintenu un répertoire diversifié de récepteurs de cellules T (TCR), et favorisé l'expansion des Tregs endogènes. De plus, les Tregs-IL2pa ont préservé leur avantage de survie et stimulé l'expansion des Tregs endogènes lorsqu'ils sont transférés d'une première à une seconde souris receveuse, ou même lorsqu'ils sont administrés à une dose cellulaire neuf fois inférieure. Par ailleurs, si nécessaire, ces cellules peuvent être éliminées avec succès par un anticorps déplétant. Crucialement, dans un contexte d'inflammation, les Tregs-IL2pa murins ont maintenu leur phénotype fonctionnel avec un contrôle efficace d'un modèle d'auto-immunité multi-organe. De manière similaire, les Tregs-IL2pa humains ont exhibé ces caractéristiques améliorées, atteignant une survie à long terme chez les souris NSG déficientes en IL-2 et une efficacité accrue dans le contrôle d'un modèle xénogénique de la maladie du greffon contre l'hôte (GVHD). 16 En somme, cette étude initie une approche novatrice dans la TCAT en générant des Tregs auto-suffisants en IL-2 qui produisent une IL-2 partiellement agoniste. Les Tregs-IL2pa améliorent non seulement la survie et l'intégrité fonctionnelle des Tregs in vivo, mais réduisent également potentiellement le besoin de production de cellules. Ces améliorations répondent efficacement aux défis principaux auxquels la TCAT est actuellement confrontée et pourraient avoir un impact considérable sur le domaine.

Regulatory T cells (Tregs) are a crucial subset of T cells that modulate the immune system to prevent autoimmune and inflammatory diseases (AIDs). However, in AIDs, Tregs often exhibit functional deficits or are diminished in number. Treg adoptive cell therapy (ACT) has been developed to address this deficiency, involving the ex vivo sorting and expansion of Tregs with interleukin-2 (IL-2) supplementation, followed by their reintroduction into patients. Although initial clinical studies suggested potential efficacy, no conclusive evidence from phase II trials has emerged in 15 years. This lack of progress may stem from several challenges, including complex cell manufacturing processes, limited in vivo survival, and the risk of phenotype instability. Given the dependency of Tregs on IL-2 for survival, function, and expansion, and their intrinsic inability to produce it, we hypothesized that transducing Tregs with the IL-2 gene could make them self-sufficient, enhancing their survival and stability. We discovered that while autocrine production of wild-type IL-2 under a medium-strength promoter was toxic, a selected partial-agonist form of IL-2 (IL2pa) did not adversely affect the transduced Tregs. These modified Tregs (Tregs-IL2pa) demonstrated unprecedented prolonged survival of over a year in vivo. Murine Tregs-IL2pa in vivo also retained their phenotype, showed full demethylation of the Treg Specific Demethylated Region (TSDR), maintained a diverse T cell receptor (TCR) repertoire, and supported the bystander expansion of endogenous Tregs. Moreover, Tregs-IL2pa preserved their survival advantage and stimulated endogenous Treg expansion when transferred from a primary to a secondary mouse recipient or even when administered at a nine-fold lower cell dose. Furthermore, if necessary, these cells could be successfully ablated using a depleting antibody. Crucially, in the context of inflammation, Tregs-IL2pa maintained their functional phenotype with effective control over a multi-organ autoimmunity model. Similarly, human Tregs-IL2pa exhibited these enhanced characteristics, achieving long-term survival in IL-2-deficient NSG mice and improved efficacy in controlling a xenogeneic model of graft-versus-host disease (GVHD). Altogether, this study pioneers a novel approach in Treg ACT by generating IL-2-self-sufficient Tregs that produce a partial-agonist version of IL-2. Tregs-IL2pa not only enhance Treg survival and functional integrity in vivo but also potentially reduce the need for extensive cell manufacturing. These improvements effectively address the primary challenges faced by current Treg ACT and have the potential to profoundly impact the field.