La double face de Janus : comment une immunité anti-tumorale efficace peut induire l'auto-immunité dans les syndromes neurologiques paranéoplasiques

The Janus face of immunity : how anti-tumor immunity leads to autoimmunity in paraneoplastic neurological diseases

• Auteur / Autrice : Christina Gebauer
• Direction : Roland Liblau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 15/11/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Physiopathologie de Toulouse-Purpan (Toulouse ; 2002-2020)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autoimmunité

Syndromes paranéoplasiques

Mots clés libres

Syndromes neurologiques paranéoplasiques

Immunité anti-tumorale

Auto-immunité

Système nerveux central

Lymphocytes T

Paraneoplastic neurological disease

Tumor immunity

Autoimmunity

Central nervous system

T cells

Résumé

Les syndromes neurologiques paranéoplasiques (SNP) sont des maladies neurologiques rares, associés à une réponse immunitaire efficace contre un cancer sous-jacent exprimant un antigène également exprimé par des cellules du système nerveux central (SNC). Le cancer déclenche alors une réponse auto-immune secondaire qui provoque la destruction des cellules du SNC. Certains travaux récents suggèrent que l'immunité à médiation cellulaire associée à des auto-anticorps reconnaissant des antigènes intracellulaires pourrait jouer un rôle majeur, bien qu'encore mal compris, dans la physiopathologie des SNP. Les exemples de SNP les plus représentatifs sont le syndrome Hu, qui conduit à la perte de diverses populations de neurones du SNC et l'ataxie cérébelleuse subaiguë (PCD en anglais, pour Paraneoplastic Cerebellar Degeneration), caractérisée par la perte sélective des cellules de Purkinje du cervelet. Alors que le syndrome Hu se développe en général chez des patients présentant des tumeurs du poumon à petites cellules qui expriment l'antigène HuD spécifique des neurones, la majorité des patients souffrant de PCD présente un cancer gynécologique qui exprime la protéine CDR2, également exprimée dans les cellules de Purkinje. Afin de mieux cerner la physiopathologie des SNP et de tester l'implication de l'immunité cellulaire, notamment des lymphocytes T, nous avons durant ma thèse développé et analysé deux modèles murins, l'un pour le syndrome Hu et l'autre pour la PCD. Ces modèles reposent sur l'utilisation de souches de souris génétiquement modifiées : la souris CamK-HA, qui exprime l'hémagglutinine (HA) du virus de la grippe dans la plupart de ses neurones du SNC et la souris L7-HA dans laquelle la protéine HA est exprimée exclusivement par les cellules de Purkinje du cervelet. Dans ces souris, une réponse anti-tumorale est provoquée par l'injection de cellules tumorales 4T1 exprimant HA (4T1-HA). Afin le faciliter le suivi des réponses cellulaires contre l'antigène HA, nous avons injecté des lymphocutes T CD4+ et/ou T CD8+ naïfs isolées à partir de souris transgéniques pour des récepteurs de lymphocytes T spécifiques de HA. Nos résultats montrent que seul le transfert in vivo des cellules tumorales 4T1-HA, et non celui des cellules 4T1 témoins, peut conduire à l'activation, la prolifération et la différentiation des deux types de lymphocytes T spécifiques pour l'antigène HA. De plus, nous avons observé que les populations de lymphocytes T CD4+ et CD8+ sont toutes deux requises, non seulement pour une réponse anti-tumorale efficace, mais aussi pour le déclenchement d'une réaction auto-immune collatérale chez la souris CamK-HA. Enfin, nous avons montré qu'il était nécessaire d'injecter en parallèle des anticorps contre le récepteur inhibiteur CTLA-4 chez la souris L7-HA, afin de permettre la migration des lymphocytes T spécifiques de HA dans le cervelet. Chez ces souris L7-HA, nous avons en outre démontré que les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques sont les effecteurs principaux de la maladie. Ces nouveaux modèles murins représentent donc des outils précieux pour une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables du développement des SNP. De plus, ils pourraient permettre de tester et de valider de nouvelles approches thérapeutiques visant à bloquer la pénétration dans le SNC d'effecteurs immunitaires potentiellement pathogènes, tout en préservant l'efficacité de la réponse anti-tumorale en périphérie.

Paraneoplastic neurological disorders (PNDs) are rare human autoimmune diseases that mostly affect the central nervous system (CNS). They are triggered by an efficient immune response against a neural self-antigen that is ectopically expressed in neoplastic tumor cells and naturally expressed in CNS cells. Due to this shared antigenic expression, the immune system reacts not only to tumor cells but also to neural cells resulting in neurological damage. Growing data point to a major role of cell-mediated immunity in PNDs associated to autoantibodies against intracellular proteins. However, its precise contribution in the pathogenesis remains unclear. Two illustrative examples of possibly cell-mediated PNDs are the Hu-syndrome, characterized by inflammation and widespread los of neurons, and paraneoplastic cerebellar degeneration (PCD), characterized by the selective loss of Purkinje cells. PCD develops mostly in patients with gynecologic carcinomas that express the Purkinje neuron-specific CDR2 protein whereas most patients with the Hu-syndrome harbor small cell lung cancer expressing the neuron-specific protein HuD. In this context, our study aimed to investigate the impact of anti-tumor cellular immune responses in the development of these PNDs. To this end, we developed two animal models mimicking the Hu-syndrome and PCD. We used a tumor cell line expressing the hemagglutinin (HA) of influenza virus to induce an anti-tumor response in CamK-HA mice, which express HA in CNS neurons and L7-HA mice, which express HA only in cerebellar Purkinje neurons. To promote and track the T cell response against the HA antigen, naïve HA-specific CD8+ and/or CD4+ T cells, originating from TCR-transgenic animals, were transferred into these mice. We demonstrate that HA-expressing tumors, but not control tumors, induce in vivo activation, proliferation and differentiation of naïve HA-specific CD4+ and CD8+ T cells into effector cells. Moreover, the collaboration between these two T cell subsets was needed to control tumor growth and induce CNS inflammation in CamK-HA mice. In L7-HA mice the additional injection of the antibody against the inhibitory receptor CTLA-4 was necessary to allow T cells to enter the cerebellum to cause inflammation and the subsequent destruction of Purkinje neurons. Furthermore, in L7-HA mice we demonstrate that cytotoxic CD8+ T cells are the main effectors driving the disease. Thus, these two new mouse models provide further insights into the cellular mechanisms of PND whereby a potent anti-tumor immunity triggers a cancer-associated autoimmune disease, and may therefore help to develop new therapeutic strategies against PND.