Mort cellulaire immunogène : du stress du reticulum endoplasmique à l'exposition de la calréticuline

Immunogenic Cell Death : Endoplasmic Reticulum Stress to Calreticulin Exposure

• Auteur / Autrice : Lucillia Bezu
• Direction : Guido Kroemer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 18/09/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Métabolisme, cancer et immunité (Villejuif, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Uriel Hazan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guido Kroemer, Uriel Hazan, Catherine Sautès-Fridman, Antoine Tesnière, Nazanine Modjtahedi, Michaela Semeraro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Sautès-Fridman, Antoine Tesnière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calréticuline

Stress du réticulum endoplasmique

Mort cellulaire

Réponse immunitaire

Chimiothérapie anticancéreuse

Mots clés libres

Anthracyclines

Cancer

Chimiothérapie

Oxaliplatine

Immunosurveillance

Réponse aux protéines mal repliées

Anthracyclins

Cancer

Chemotherapy

Oxaliplatin

Immunosurveillance

Unfolded protein response

Résumé

Les traitements actuels anticancéreux ont une action cytotoxique directe sur les cellules tumorales mais également sur les cellules saines des systèmes immunitaires et hématopoïétiques. De plus, ces traitements ont l’incapacité de stimuler le système immunitaire et de prévenir les récidives. Cependant, certains agents tels que les anthracyclines, la radiothérapie ou encore la thérapie photodynamique ont la capacité d’induire une mort cellulaire dite immunogène. Durant cette modalité, l’exposition à la surface des cellules tumorales mourantes d’une protéine chaperonne du reticulum endoplasmique (RE), la calréticuline (CALR), est une étape essentielle et caractéristique de l’immunogénicité ainsi que la libération d’HMGB1, l’autophagie et la sécrétion d’ATP. Des données issues de la littérature prouvent que les anthracyclines sont également capables d’activer des marqueurs du stress du RE. Notre travail a consisté à étudier les liens moléculaires entre le stress du RE et les marqueurs de la mort cellulaire immunogène. Grâce à un criblage à haut débit, nous avons déterminé que les drogues dites immunogènes activaient la phosphorylation d’eIF2α (eukaryotic initiation factor 2 alpha) et qu’il existait une corrélation forte avec l’exposition de la CALR (R score 0,73 ; p<0,01). De manière surprenante, ces agents échouent à activer la voie de signalisation sous-jacente ainsi que les deux autres voies du stress du RE médiées par ATF6 (activating transcription factor 6) et XBP1s (spliced X-box binding protein 1). Par ailleurs, une anthracycline appelée mitoxantrone inhibe activement les trois voies du stress du RE en co-traitement avec un inducteur du stress du RE et inhibiteur de la N-glycosylation: la tunicamycine. Ces données in vitro ont également été validées dans un modèle in vivo de souris immunodéficientes xénogreffées. De plus, grâce à un algorithme reliant les propriétés physico-chimiques des drogues anti-cancéreuses avec leurs capacités à induire les marqueurs de mort cellulaire immunogène suivants: P-eIF2α, CALR, HMGB1, granules de stress et autophagie, un score prédictif d’immunogénicité a pu être déterminé. Nous devrons déterminer dans le futur comment utiliser ce score comme marqueur prédictif d’une réponse immunogène au cours des traitements cliniques.

Conventional anticancer chemotherapies display a high degree of toxicity with certain specificity for tumor cells. However most of these approaches fail to activate immune system-related bystander effects and thus do often fail to prevent from recurrence. Despite these premises, certain anticancer treatments (including anthracycline-based chemotherapy, radiotherapy and photodynamic therapy) have the ability to induce an immunogenic cell death (ICD) modality. The exposure of calreticulin (CALR) during the course of ICD is quintessential for the transfer of tumor antigen from dying tumors to dendritic cells of the immune system as well as translocation of high mobility group box 1 (HMGB1), autophagy and ATP secretion. Previous studies have shown that certain anticancer agents including anthracylins are able to activate markers of endoplasmic reticulum stress (ER stress). Here we investigated the molecular mechanisms that link ER stress responses with hallmarks of ICD. In a drug screening approach, we showed that ICD-inducing drugs triggered the phosphorylation of the eukaryotic initiation factor 2 alpha (P-eIF2α) and that this correlated with CALR exposure (R score 0.73, p<0.01). Surprisingly though the agents failed to induce downstream ER stress pathways including the transcriptional activation of activating transcription factor 4 (ATF4), the alternative splicing of X-box binding protein 1 (XBP1s) mRNA and the proteolytic cleavage of activating transcription factor 6 (ATF6). In addition, we found that mitoxantrone actively inhibited all three arms of the unfolded protein response, when co-administered with the inhibitor of N-linked glycosylation tunicamycin, whereas tunicamycin alone triggered all arms of ER-stress. These findings were validated in vivo in immunodeficient animals xenografted with biosensors for ER-stress responses. Moreover, using a machine learning approach that integrates physicochemical properties of oncologic drugs with their ability to elicit immunogenic hallmarks including the phosphorylation of eIF2α, the exposure of CALR, the translocation of HMGB1, the formation of stress granules and the induction of autophagy we established an in silico approach for ICD prediction. For the future, we further aim to investigate the possibility to use these score comprising P-eIF2α and its downstream consequences as biomarker for immunogenic responses during anticancer treatment in patients.