Natural Killer cell subsets in hematological diseases : learning for immunotherapy

par Dang Nghiem Vo

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Martin Villalba-Gonzalez.

  • Titre traduit

    Sous-ensembles de cellules Natural Killer dans les maladies hématologiques : apprentissage pour l'immunothérapie


  • Résumé

    Les cellules Natural Killer (NK) sont des lymphocytes cytotoxiques innés qui jouent un rôle important dans le contrôle immunitaire de la formation de cellules tumorales et de l'infection virale. Chez les personnes en bonne santé, les cellules NK représentent des populations hétérogènes définies par différents marqueurs phénotypiques et exécutant des fonctions spécifiques. Les cellules NK provenant de patients présentant des tumeurs malignes néoplasiques et une infection virale sont cependant typiquement distinctes des personnes en bonne santé par l'apparition de sous-ensembles de cellules NK, qui sont différenciées par leur profil d'isoformes CD45. CD45 est une tyrosine phosphatase leucocytaire commune abondamment exprimée sur toutes les cellules immunitaires hématopoïétiques nucléées. Un variant d'épissage alternatif a entraîné la génération de l'isoforme CD45RA longue et de l'isoforme courte CD45RO, qui s'expriment différemment sur les cellules T naïves et effectrices / mémoires. L'expression des isoformes CD45 sur les cellules NK est largement inconnue. Nous avons précédemment montré que l'expression différentielle des isoformes CD45RA et CD45RO a identifié des sous-ensembles de cellules NK spécifiques dans les maladies hématologiques. Une question reste floue: comment ces cellules CD45RARO + NK changent-elles lorsque leurs cellules cibles disparaissent? Nous avons utilisé des cellules NK de patients traités avec Lenalidomide et l'anticorps anti-CD20 Obinutuzumab pour étudier cela et montré une réduction des cellules CD45RARO / CD45RO + NK après la clairance des cellules tumorales (Chater 4). Nous avons observé la même chose chez les patients atteints de LMA après une chimiothérapie. Dans ce cas, le sous-ensemble de cellules CD45RARO + NK est fortement corrélé avec la trogocytose du marqueur monocyte / macrophage CD14 (Chapitre 5). L'immunophénotypage de cellules NK provenant de patients infectés par le VIH a révélé la présence de cellules CD45RAdim et CD45RO + avec une expression réduite de CD16 et une diminution de la modulation NKG2D totale. En résumé, les cellules NK des cancers hématologiques et l'infection par le VIH présentaient des caractéristiques dysfonctionnelles et l'analyse du profil isoforme CD45 dans ces conditions pathologiques dévoile ces caractéristiques.Enfin, afin de retrouver la réponse immunitaire anti-tumorale chez les patients cancéreux, nous présentons une méthode efficace pour l'expansion in vitro de cellules NK hautement activées à partir du sang du cordon ombilical (UCB). Ces cellules NK prouvent une cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) importante lorsqu'elles sont utilisées en combinaison avec des anticorps monoclonaux approuvés sur le plan clinique ciblant divers antigènes tumoraux. Ceci ouvre leur utilisation dans les immunothérapies à base de cellules NK allogéniques.


  • Résumé

    Natural Killer (NK) cells are innate cytotoxic lymphocytes that play an important role in immune control of tumor cell formation and virus infection. In healthy people, NK cell represents heterogeneous populations defined by different phenotypical markers and performing specific functions. NK cells from patients with neoplastic malignancies and viral infection are however typically distinctive from healthy people by the appearance of NK cell subsets, which are differentiated by their CD45 isoform profile. CD45 is a common-leukocyte tyrosine phosphatase abundantly expressed on all nucleated hematopoietic immune cells. Alternative splicing variant resulted in generation of the long-isoform CD45RA and the short-isoform CD45RO, which express differently on naïve and effector/memory T cells. Expression of CD45 isoforms on NK cells is largely unknown. We have previously shown that differential expression of CD45RA and CD45RO isoforms identified specific NK cell subsets in hematological diseases. One question remained unclear: how do these CD45RARO+ NK cell changes when their target cells disappeared? We used NK cells from patients treated with Lenalidomide and the anti-CD20 antibody Obinutuzumab to investigate this and showed a reduction in CD45RARO/CD45RO+ NK cells upon clearance of tumor cells (Chater 4). We observed the same in AML patients after chemotherapy. In this case the CD45RARO+ NK cell subset strongly correlates with trogocytosis of the monocyte/macrophage marker CD14 (Chapter 5). Immunophenotyping of NK cells from HIV-infected patients revealed the presence of CD45RAdim and CD45RO+ cells with reduced CD16 expression and total NKG2D down-modulation. In summary, NK cell from hematological cancers and HIV infection displayed dysfunctional hallmarks and analyzing CD45 isoform profile in these pathological conditions unveils these hallmarks.Finally, in order to regain the anti-tumor immune response in cancer patients, we present an efficient method for expansion of highly activated NK cells from umbilical cord blood (UCB) in vitro. These NK cells prove substantial antibody-dependent cell cytotoxicity (ADCC) when used in combination with clinical-approved monoclonal antibodies targeting various tumor antigens. This paves their use in allogeneic NK cell-based immunotherapies.


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