The crosstalk between dying tumor cells and immune effectors within tumor microenvironment elicited by anti-cancer therapies dictates the therapeutic outcome

par Ma Yuting (Ma)

Thèse de doctorat en Immunologie

Sous la direction de Laurence Zitvogel.

Soutenue le 28-06-2011

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne) , en partenariat avec Immunologie des tumeurs et immunothérapie (laboratoire) et de Immunologie des tumeurs et immunothérapie (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Galanaud.

Le jury était composé de Francine Jotereau.

Les rapporteurs étaient Olivier Lantz, Jean-Jacques Fournié.

  • Titre traduit

    L'interaction locale entre les cellules tumorales en train de mourir et les effecteurs immunitaires induits par des thérapies anti-cancéreuses dicte le résultat thérapeutique


  • Résumé

    En dehors des effets cytostatiques ou cytotoxiques sur les cellules tumorales, certaines thérapies anti-cancéreuses peuvent déclencher la mort cellulaire immunogénique, libérant les signaux de danger pour alerter le système immunitaire. Les cellules T CD8+ T (Tc1) productrices d’IFN- et spécifiques de la tumeur sont nécessaires pour le succès de la chimiothérapie et la diminution de la croissance tumorale. L’amorçage d’une réponse bénéfique Tc1 dépend de la sécrétion d'IL-1β par les cellules dendritiques confrontées à des cellules tumorales traitées avec de l’anthracycline libérant de l’ATP. Pour identifier les composants inflammatoires qui lient les réponses immunitaires innées et adaptatives, nous avons analysé l'influence de la chimiothérapie immunogène sur le microenvironnement de la tumeur. Nous avons identifié une up-régulation de gènes associés à la réponse Th1 et Th17 dans un modèle de tumeur répondant au traitement par les anthracyclines par un retard de croissance. En interférant avec les voies IFN- ou l'IL-17A, l'effet thérapeutique de la doxorubicine et l'oxaliplatine a été aboli et le vaccin à base de cellules tumorales mortes ne protège plus les souris de la réintroduction de cellules tumorales vivantes. Nous avons également découvert que des sous-populations distinctes de lymphocytes T  (V4+ et V6+) colonisent des tumeurs peu de temps après la chimiothérapie, où ils ont proliféré et sont devenus producteurs majeurs de l’IL-17 au sein de la tumeur. Nous avons constaté une forte corrélation entre la présence de lymphocytes T  producteurs d’IL-17 ( T17) et de TIL CD8+ (Tc1) dans trois modèles différents de tumeurs traitées par la chimiothérapie ou la radiothérapie. IL-17A agit sur la signalisation en amont de l'IFN- puisqu’un défaut d’expression d’IL-17RA conduit à la perte complète de la production des Tc1 spécifiques de l’antigène. La contribution des cellules  T17 (V4+ et V6+) dans l’effet bénéfique de la chimiothérapie est essentielle puisque les souris V4/6-/-. L’axe IL-1β/IL-1R, mais pas IL-23/IL-23R, est essentielle pour la production d'IL-17 par les cellules T et l’effet bénéfique de la chimiothérapie. Le transfert adoptif de lymphocytes  T peut rétablir l'efficacité de la chimiothérapie dans le modèle de souris IL-17A-/- et améliorer l'effet de la chimiothérapie chez la souris wt, s'ils conservent l'expression de l'IL-1R et de l'IL-17A. Nos résultats suggèrent l’existence d’un axe fonctionnel: DC (IL-1β) → cellules T (IL-17) → Tc1 (IFN-), déclenché par la chimiothérapie induisant la mort des cellules tumorales, phénomène essentiel pour une réponse thérapeutique favorable. Pour renforcer la réponse immunitaire, nous essayons de combiner la chimiothérapie « immunogène » avec le vaccin anti-tumoral en présence d’adjuvants (poly (A:U), l'agoniste de TLR3).Ce type de thérapie séquentielle combinée, appelé VCT, pourrait retarder considérablement la croissance des tumeurs, voire l’éradiquer complètement et établir une protection spécifique à long terme. Pour décortiquer l'effet de la poly (A:U) sur le système immunitaire et sur les cellules tumorales exprimant le TLR3, nous avons effectué un traitement VCT chez la souris nude, TRIF-/- et les souris présentant une diminution de l’expression de TRIF au niveau des cellules tumorales. Ainsi l'effet anti-tumoral de VCT requiert les lymphocytes T et la voie de signalisation TRIF intacte au niveau de l'hôte et des cellules tumorales. Le traitement poly (A:U) peut induire un niveau élevé de production de certaines chimiokines associées à la réponse de type Th1 (CCL5 et CXCL10 ) par les cellules tumorales in vitro et in vivo, ce qui peut influencer négativement et positivement les résultats thérapeutiques. Le découplage de l’action de CCL5 et de XCL10, pourrait améliorer le traitement par la VCT. Notre étude souligne ainsi le rôle des facteurs inflammatoires dérivés de la tumeur et de l’hôte dans la régulation de la réponse immunitaire anti-tumorale.


  • Résumé

    Besides exerting cytostatic or cytotoxic effects on tumor cells, some anti-cancer therapies (anthracyclines, oxaliplatin, X-Rays) could trigger an immunogenic cell death modality, releasing danger signals to alert immune system. We have shown that tumor-specific IFN- producing CD8+ T cells (Tc1) are mandatory for the success of chemotherapy to prevent tumor outgrowth. Priming of Tc1 response depends on IL-1β secretion by DC confronted with anthracycline-treated tumor cells releasing ATP. To identify the inflammatory components which link innate and cognate immune responses, we analyzed the influence of immunogenic chemotherapy on tumor microenvironment. We found an upregulated Th1- and Th17-related gene expression pattern in growth-retarded tumor after anthracycline treatment. By interfering with IFN- or IL-17A pathways, therapeutic effect of doxorubicin and oxaliplatin was abolished and dying tumor cell-based vaccine lost its efficacy to protect mice from live tumor cell rechallenge. Interestingly, we discovered that distinct subsets of  T lymphocytes (V4+ and V6+) colonized tumors shortly after chemotherapy, where they proliferated and became the dominant IL-17 producers within tumor beds. In three tumor models treated with chemotherapy or radiotherapy, a strong correlation between the presence of IL-17-producing  T ( T17) and IFN--producing CD8+ TIL (Tc1) was discovered. IL-17A signaling acts as upstream of IFN- since defect in IL-17RA led to complete loss of antigen specific Tc1 priming. The contribution of  T17 cells (V4+ and V6+) to chemotherapy is critical as V4/6-/- mice showed reduced sensitivity to chemotherapy and vaccination. Also, tumor infiltrating  T17 and Tc1 cells were reduced to basal level in this strain. IL-1β/IL-1R, but not IL-23/IL-23R, is pivotal for IL-17 production by  T cells and the success of chemotherapy. Importantly, adoptive transfer of  T cells could restore the efficacy of chemotherapy in IL-17A-/- mice and ameliorate the effect of chemotherapy in wild type host, provided that they retain the expression of IL-1R and IL-17A. Our research suggest a DC (IL-1β) →  T cells (IL-17) → Tc1 (IFN-) immune axis triggered by chemotherapy-induced dying tumor cells, which is critical for the favorable therapeutic response. To boost the immune system, we try to combine immunogenic chemotherapy with tumor vaccine in the presence of TLR3 agonist Poly (A:U). This sequential combined therapy, which we named VCT, could significantly retard tumor growth or even completely eradicate tumor and establish long-term protection against rechallenge in highly tumorigenic models. To dissect the effect of Poly (A:U) on immune system and that on TLR3 expressing-tumor cells, we performed VCT treatment in nude mice, TRIF-/- mice and with TRIF-silencing tumors. Interestingly, our results suggested that anti-tumor effect of VCT required T cells and intact TRIF signaling pathway at the level of the host and that of tumor cells. Poly (A:U) treatment could induce high level of CCL5 and CXCL10 production from tumor cells both in vitro and in vivo, which could negatively and positively influence the therapeutic outcome. By uncoupling the effect of CCL5 from that of CXCL10, the VCT treatment can be ameliorated. Our study emphasizes that both tumor and host derived inflammatory factors participate in regulating anti-tumor response. We also highlight that therapeutic application of TLR agonists can be optimized through regulating the profile of chemokines and their downstream signaling events.


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