Les macrophages au sein du microenvironnement tumoral : étude et modulation des mécanismes moléculaires et cellulaires de la réponse anti-tumorale au cours de carcinoses péritonéales

par Mélissa Prat

Thèse de doctorat en Physiopathologie

Sous la direction de Agnès Coste et de Bettina Couderc.

Soutenue le 08-02-2019

à Toulouse 3 , dans le cadre de École Doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse) , en partenariat avec Pharmacochimie et Biologie pour le Développement (Toulouse ; 2003-....) (laboratoire) .

mots clés

• Macrophages
• Immunité innée
• Cancer
• Immunothérapie
• Macrophages -- Activation
• Carcinose péritonéale

Résumé

Les macrophages (Mφs) possèdent une remarquable plasticité phénotypique et fonctionnelle qui leur permet de s’adapter aux différents signaux de leur microenvironnement. Au sein du microenvironnement tumoral, les Mφs ou TAMs (Tumor-associated Mφs) représentent la population leucocytaire majeure. Au cours du développement tumoral, les cellules transformées contribuent à éduquer les TAMs qui acquièrent alors des propriétés permissives à la croissance tumorale. Ainsi, il est aujourd’hui admis que les TAMs, initialement de phénotype M1 anti-tumoral, vont se différencier vers un phénotype M2 capable de favoriser la prolifération des cellules tumorales, l’angiogenèse, les métastases, la résistance aux traitements de chimiothérapie et la suppression de la réponse immunitaire adaptative anti-tumorale. Cependant, cette dichotomie fonctionnelle M1/M2, bien que facilitant la description du phénotype des TAMs et de leurs fonctions, est une simplification de la biologie des Mφs au sein du tissu cancéreux qui est en réalité plus complexe. Ainsi, dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons montré que l’IL-13, une cytokine Th2 bien décrite pour être impliquée dans la polarisation M2 des Mφs, inhibe la croissance tumorale d’un lymphome T et d’un adénocarcinome ovarien via la promotion de l’activité cytotoxique des Mφs. De manière intéressante, nous avons mis en évidence le rôle clé des récepteurs Lectine de type C Mannose (RM) et Dectine-1, fortement exprimés à la surface des Mφs polarisés par l’IL-13, dans la reconnaissance des cellules tumorales. Nous avons identifié l’acide sialique exprimé à la surface des cellules transformées comme un épitope critique à leur reconnaissance par les Mφs polarisés par l’IL-13. De plus, nous avons montré que, suite à cette reconnaissance, RM et Dectine-1 sont impliqués dans le déclenchement de voies de signalisations cytotoxiques menant à la production de radicaux libres oxygénés et d’arginase, deux médiateurs responsables de l’élimination des cellules tumorales par nécrose. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons étudié l’impact du 15(S)-HETE, un ligand naturel du récepteur nucléaire PPAR-γ impliqué dans la polarisation M2 des Mφs, sur le développement tumoral. Nous avons montré que ce lipide inhibe la croissance tumorale dans un modèle murin d’adénocarcinome ovarien. De façon intéressante, nous avons démontré que cet effet anti-tumoral est dépendant de l’activation de PPAR-γ dans les Mφs. Nous avons mis en évidence que le 15(S)-HETE modifie la balance des populations de Mφs présentes au niveau de la cavité péritonéale, probablement en induisant la différenciation des Small Peritoneal Mφs (SPM) en Large Peritoneal Mφs (LPM). Ces derniers possèdent un phénotype qui contribue à augmenter le ratio lymphocytes T effecteurs/régulateurs au niveau de l’ascite tumorale, et ainsi à contrecarrer l’immunosuppression induite par la tumeur. Enfin, dans la troisième partie de ce travail nous mettons en évidence une forte hausse de la population de monocytes intermédiaires (CD14high CD16high) dans le sang d’une cohorte de 19 patientes atteintes de cancer ovarien séreux de haut grade. De manière intéressante, nous avons démontré qu’il existe une corrélation positive entre la présence de cette population intermédiaire au niveau du sang et la présence d’un microenvironnement immunosuppresseur au niveau de l’ascite de ces patientes (↗ Tregs, ↗ TAMS CD163high CD206high CCR2high CD86low et ↘ NK et CD8+ cytotoxiques). De plus, nous avons mis en évidence une corrélation positive entre l’expansion de ces monocytes intermédiaires et le développement tumoral au sein du péritoine. Ensemble, ces données souligne le rôle des monocytes sanguins comme signature prédictive du statut immun et du développement tumoral au sein du péritoine chez des patientes atteintes de cancer ovarien.

mots clés

• Macrophages
• Innate immunity
• Cancer
• Immunotherapy

Titre traduit

Macrophages within the tumor microenvironment : study and modulation of the molecular and cellular mechanisms of the antitumor response during peritoneal carcinomatosis

Résumé

Macrophages, which are crucial effectors of innate immune response, exhibit a remarkable phenotypic and functional plasticity that allows them to adapt to the different stimuli present in their microenvironment. Within the tumor microenvironment, macrophages or TAMs (Tumor-associated macrophages) represent the major leukocyte population. During tumor development, secreted mediators produced by transformed cells « educate » TAMs which acquire properties favorable to tumor growth. Thus, it is now widely accepted that TAMs, initially of anti-tumor M1 phenotype, differentiate towards an M2 phenotype able to promote tumor cell proliferation, angiogenesis, metastases, resistance to chemotherapy treatments and suppression of the adaptive anti-tumor immune response. However, this functional M1/M2 dichotomy, while facilitating the description TAMs phenotype and their associated functions, is an oversimplification of the macrophage biology within tumor tissues which is actually more complex. Thus, in the first part of this work, we showed that treatment with IL-13, a Th2 cytokine well described to be involved in macrophage M2 polarization, inhibits tumor growth in two murine models of T-cell lymphoma and ovarian adenocarcinoma via the promotion of macrophage cytotoxic activity. Interestingly, we demonstrated the key role of Mannose (RM) and Dectin-1 C-type Lectin receptors, strongly expressed on IL-13-activated macrophages, in tumor cell recognition. We specifically identified the sialic acid expressed on transformed cell surface as a critical epitope for their recognition by IL-13-activated macrophages. Moreover, we showed that, following this recognition, RM and Dectin-1 trigger cytotoxic signaling pathways leading to the production of radical oxygen species and the amplification of arginase activity. We finally demonstrated that these two mediators produced by IL-13-activated macrophages induce tumor cell necrosis. In the second part of this work, we studied the impact of 15(S)-HETE, a natural ligand of the PPAR-γ nuclear receptor involved macrophage M2 polarization, on tumor development. We showed that this lipid inhibits tumor growth in an experimental murine model of ovarian adenocarcinoma. Interestingly, we demonstrated that 15(S)-HETE anti-tumor effect depends on the activation of PPAR-γ in macrophages. We showed that 15(S)-HETE modifies peritoneal macrophage population balance, likely by promoting the differentiation of Small Peritoneal Macrophages (SPM) into Large Peritoneal Macrophages (LPMs). These LPMs display a phenotype which contributes to the increase of effector/regulatory T lymphocyte ratio in tumor ascites, and thus counteracts tumor-induced immunosuppression. Finally, in the third part of our work, the analysis of circulating blood monocytes in ovarian adenocarcinoma patients revealed a strong increase in the proportion of the « intermediate » subset (CD14high CD16+), usually poorly represented in healthy subjects. Interestingly, we demonstrated a positive correlation between a high proportion of intermediate blood monocytes and the presence of an immunosuppressive microenvironment in the tumor ascites of these patients (↗ Tregs, TAMS CD163high CD206high CCR2high CD86low and ↘ NK and CD8 + cytotoxic). In addition, we showed a positive correlation between the expansion of these intermediate monocytes and tumor development within the peritoneum. Together, these data highlight the role of blood monocytes as a predictive signature of immune status and tumor development within the peritoneum in patients with ovarian cancer.