Signature immunitaire associée à la réponse des cancers pulmonaires à une immunothérapie ciblant le récepteur inhibiteur PD-1

par Ines Malenica

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Fathia Mami chouaib.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Immunologie intégrative des tumeurs et génétique oncologique (laboratoire) , Antigènes tumoraux et réactivité lymphocytaire T cytotoxique (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-11-2015 .


  • Résumé

    Le cancer du poumon est une des causes principales de mortalité par cancer en Europe et aux Etats-Unis. Depuis les deux dernières décennies, le cancer du poumon a augmenté d'environ 20% chez l'homme et 150% chez la femme. En 2012, 1,6 million de morts dues à ce cancer ont été enregistrées et 1,8 million de nouveaux cas ont été diagnostiqués. Malgré le traitement par chirurgie, chimio- et radiothérapies, seulement 15% des patients seront toujours vivants deux ans après le diagnostic. Par conséquent, de nouvelles thérapies sont nécessaires pour apporter des bénéfices médicaux et économiques plus importants. Une des approches pour développer de nouvelles thérapies est d'exploiter la capacité du système immunitaire à distinguer les cellules cancéreuses des cellules normales. Ces immunothérapies ont, de plus, peu d'effets secondaires et sont plus spécifiques que les thérapies conventionnelles. Elles consistent à activer le système immunitaire du patient, en particulier ses lymphocytes T, contre sa propre tumeur. L'identification d'antigènes associés aux tumeurs (TAA) comme cible des lymphocytes T cytotoxiques (CTL) a permis leur utilisation dans des vaccins anticancéreux notamment dans le mélanome ou le cancer pulmonaire. Ces stratégies vaccinales ont pour but d'amplifier et d'activer les CTL spécifiques de la tumeur afin de la détruire. Cependant, ces approches immunothérapeutiques ont montré un succès limité, souvent expliqué par la faible immunogénicité des antigènes tumoraux utilisés. Plus récemment, la compréhension de la régulation de la réponse immunitaire anti-tumorale a permis le développement de nouvelles immunothérapies fondées sur l'utilisation d'anticorps monoclonaux (Acm) neutralisants spécifiques de molécules inhibitrices appelées checkpoints. Ces molécules, en particulier CTLA-4 et PD-1, sont exprimées à la surface des lymphocytes T anti-tumoraux et exercent un signal inhibiteur limitant ainsi leurs fonctions cytotoxiques. L'utilisation d'Acm bloquants spécifiques de PD-1 ou de son ligand PD-L1, souvent exprimés par les cellules cancéreuses, a conduit à un bénéfice important sur la survie des patients atteints de cancer du poumon. En effet, la rupture de la liaison PD-1/PD-L1 par ces Acm permet de restaurer les activités lytiques des lymphocytes T et donc l'élimination des cellules tumorales. Cependant, une proportion importante (75 à 80%) de ces patients ne répond pas à de telles immunothérapies, indiquant que cette stratégie ne peut pas constituer à elle seule un traitement universel. Les mécanismes moléculaires associés à la réponse aux traitements ciblant les molécules checkpoints ont été peu élucidés jusqu'à présent. Leur compréhension constituerait un élément essentiel pour prédire les bénéfices de ces immunothérapies et éviter aux patients des traitements inutiles et souvent toxiques. Plusieurs arguments expérimentaux indiquent que ces réponses sont souvent corrélées à une réaction immunitaire dirigée contre des antigènes mutés, appelés néoantigènes, exprimés par les cellules tumorales. En effet, lors du développement tumoral, des neoantigènes, résultant de mutations somatiques de gènes exprimés par les cellules cancéreuses, sont reconnus par le système immunitaire comme du non-soi et conduisent ainsi au développement d'une réponse CTL anti-tumorale spécifique. Ces neoantigènes contribueraient donc de manière significative à l'efficacité de ces immunothérapies dites « chekpoint blockade ». Le projet de thèse proposé vise à étudier l'hétérogénéité génétique et immunitaire des tumeurs bronchiques non à petites cellules (CBNPC) de patients traités avec des Acm anti-PD-1 ou anti-PD-L1 et tenter d'établir une corrélation avec la réponse à ces immunothérapies (collaboration avec le Dr Benjamin Besse, Département de Médecine, Unité Thoracique, Gustave Roussy). Les objectifs spécifiques de ce programme de recherche seront : 1) établir un profil génétique des tumeurs de patients traités grâce au séquençage des exomes d'échantillons tumoraux et de tissus normaux autologues (lymphocytes du sang périphérique, PBMC ; collaboration avec la Plateforme de Génomique, Gustave Roussy) ; 2) identifier les antigènes tumoraux mutés et les néoépitopes, définis par leur capacité à se fixer aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I du patient (en particulier HLA-A2), grâce à des programmes de prédiction ; 3) analyser in vitro l'immunogénicité des néoépitopes en stimulant les PBMC des patients avec des peptides synthétiques et déterminer ainsi le nombre de précurseurs T CD8 spécifiques ; 3) établir une signature immunologique des tumeurs grâce à une étude par immunohistochimie de marqueurs de la réponse immunitaire T (CD3, CD8, CD4, CD103, CMH, TAP, PD-1, PD-L1…) et enfin 5) établir une corrélation éventuelle entre ces paramètres et la survie des patients. Ces données permettraient non seulement de prédire la réponse à ces immunothérapies, mais aussi d'améliorer les traitements immunothérapeutiques actuels en les combinant avec d'autres approches, en particulier des stratégies vaccinales fondées sur des néoantigènes tumoraux.

  • Titre traduit

    Genetic and immune signatures associated with response to anti-PD-1 immunotherapy in lung cancer


  • Résumé

    The lung cancer is a leading cause of cancer death in Europe and in the United States. For the past two decades, lung cancer has increased for about 20% in men and 150% in women. In 2012, 1.6 million deaths from this cancer were registered and 1.8 million new cases were diagnosed. Despite the treatment with a surgery, chemotherapy and radiotherapy, only 15% of patients are still alive two years after a diagnosis. Thus, new therapies are needed to bring the most important medical and economic benefits. One approach, for the development of new therapies, is to harness the immune system's ability to distinguish the cancer cells from the normal ones. These immunotherapies have, moreover, fewer side effects and are more specific than the conventional therapies. They consist of activating the patient's immune system, in particular T cells, against its own tumor. The identification of the tumor-associated antigens (TAA) as a target for cytotoxic T lymphocytes (CTL) has allowed their use in cancer vaccines, particularly for the melanoma or lung cancer. These vaccination strategies aim to boost and activate the tumor-specific CTL to destroy them. However, these immunotherapeutic approaches have shown limited success, often explained by the low immunogenicity of the used tumor antigens. More recently, the understanding of the regulation of anti-tumor immune response has allowed the development of novel immunotherapies based on the use of monoclonal antibodies (mAbs): the specific neutralizing inhibitory molecules so called checkpoints. These molecules, especially CTLA-4 and PD-1 are expressed on the surface of anti-tumor T cells and exert an inhibitory signal thus limiting their cytotoxic functions. The use of blocking mAbs specific for PD-1 or its PD-L1 ligand, often expressed by cancer cells, led to a significant survival benefit in patients with lung cancer. Indeed, the failure of the bond PD-1 / PD-L1 by these mAbs restores the lytic activity of T cells and therefore the elimination of tumor cells. However, a significant proportion (75-80%) of these patients do not respond to such immunotherapies, indicating that this strategy can not constitute an overall treatment. The molecular mechanisms involved in the response to the treatment targeting checkpoint molecules were poorly understood until now. Their understanding would be essential for the prediction of the benefits of these immunotherapies and to avoid unnecessary and often toxic treatments for patients. Several experimental evidences indicate that these responses are often correlated with an immune reaction directed against the mutated antigens, so called neoantigens, which are expressed by tumor cells. Indeed, during the tumor development, the neoantigens (a result of somatic mutations and the genes expressed by cancer cells) are recognized by the immune system as non-self and this recognition consequently leads to the development of specific anti-tumor CTL response. These neoantigens therefore contribute significantly to the effectiveness of these immunotherapies called the "Checkpoint blockade." The proposed PhD project aims to study the genetic and immune heterogeneity of non-small cell lung cancer (NSCLC) patients treated with anti-PD-1 or anti-PD-L1 mAb and attempts to correlate this heterogeneity with the response to these immunotherapies (a collaboration with Dr. Benjamin Besse, Department of Medicine, Thoracic Unit, Gustave Roussy). The specific objectives of this research program will be: 1) to establish a genetic profile of treated patient's tumors with the exome sequencing of tumor samples and autologous normal tissues (peripheral blood lymphocytes, PBMC; collaboration with the Genomics Platform at Gustave Roussy); 2) to identify the mutated tumor antigens and neoepitopes, defined by their ability to bind to the molecules of the major histocompatibility complex (MHC) class I (especially HLA-A2), through prediction programs; 3) to analyze in vitro the immunogenicity of the neoepitopes by stimulating patient's PBMC with the synthetic peptides and thus to determine the number of specific CD8 T precursors; 3) to establish an immunological signature of tumors through a study of immunohistochemical markers of immune T response (CD3, CD8, CD4, CD103, MHC, TAP, PD-1, PD-L1 ...) and finally 5) to establish a possible correlation between these parameters and patient survival. These data will not only help to predict the response to these immunotherapies, but will also improve the current immunotherapeutic treatments in combination with other approaches, particularly with vaccine strategies based on tumor neoantigens.