Immuno-sénescence, inflammation et Immunothérapie

par Marie Naigeon

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Nathalie Chaput.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire d'Immunologie en Oncologie (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-11-2018 .


  • Résumé

    La sénescence des cellules T se réfère principalement à une faible activité proliférative, alors que les fonctions d'autres cellules immunitaires ne diminuent pas nécessairement. Les cellules T sénescentes ont été décrites même chez les jeunes individus; cependant, ils augmentent au cours du vieillissement (1,2,3), en particulier chez les sujets avec une stimulation antigénique chronique telle que les infections virales chroniques (4) ou chez lesquels il est observé un phénomène inflammatoire chronique appelé « inflammaging ». Il faut souligner que ces phénomènes peuvent non seulement être liés à un risque plus élevé de développement et de progression du cancer (5) mais également à une diminution de la réponse aux inhibiteurs d'immune checkpoints (6,7), par la régulation positive de signaux immunosuppresseurs, comme montré dans certains modèles animaux. Différents mécanismes peuvent conduire à la sénescence des cellules T. Cela peut résulter d'une érosion télomérique aberrante due à l'induction d'une activité proliférative excessive, ou de dommages à l'ADN dus en partie à une production accrue d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) (8). La sénescence des cellules T est un processus activement maintenu impliquant l'activation de voies inhibitrices comme la voie de signalisation p38 MAPK; il a été montré que l'inhibition de p38 restaurait la prolifération et aussi l'activité télomérase dans les cellules T sénescentes (1,3). Différents signaux peuvent conduire à l'activation de p38 MAPK dans les lymphocytes T comme les cytokines inflammatoires (9,3), l'engagement des récepteurs de costimulation ou l'engagement du TCR ainsi qu'un troisième mécanisme moins caractérisé impliquant la réponse aux dommages de l'ADN. Des données récentes suggèrent que la restriction calorique pourrait maintenir l'efficacité du processus d'initiation des réponses T chez des souris âgées (10,11). Bien que le mécanisme réel par lequel la restriction calorique exerce des effets bénéfiques sur le système immunitaire au cours du vieillissement soit largement inconnu, il implique probablement des changements métaboliques et la régulation et la modulation du stress oxydatif (11). Un travail récent a montré que le syringaresinol (extrait de Panax ginseng) pouvait améliorer le rapport Firmicutes / Bacteroidetes, cela a été associé à une inflammation réduite chez les souris d'âge moyen et à la restauration des fonctions effectrices des cellules T chez les souris d'âge moyen (12). En accord avec ces observations, nous avons récemment publié que les patients se présentant avec un rapport Firmicutes / Bacteroidetes plus élevé bénéficent d'avantage d'un traitement par ipilimumab (13). Nous avons de plus montré qu'il y avait un lien avec le taux de cytokines inflammatoire sériques. Nos données récentes non publiées, suggèrent un lien entre un métabolite issu du microbiote retrouvé dans le sérum des malades et la réponse clinique à l'ipilimumab. Ainsi, les mécanismes intrinsèques (attrition des télomères, production de ROS, dommages à l'ADN) ainsi que les mécanismes extrinsèques (cytokines / inflammation, nutriments, composition du microbiote intestinal (12,14)) pourraient activer les voies liées à la sénescence. Nous croyons que la compréhension et le ciblage des mécanismes responsables de la sénescence des cellules T pourraient restaurer l'immunité et potentiellement augmenter les réponses aux inhibiteurs checkpoints chez les patients atteints de cancer. Ainsi, nous avons l'intention de déterminer les mécanismes conduisant à la sénescence des cellules T chez les patients atteints de cancer et d'étudier la relation entre la sénescence des cellules T et la réponse à l'immunothérapie. Le but ultime étant d'inverser ces mécanismes pour surmonter la sénescence des cellules T. Au cours de ce projet nous allons 1) mettre en place une cohorte prospective de patients atteint d'un CBNPC qui recevront ICB dans le cadre d'ATU et AMM (depuis 2017 nous avons déjà réalisé une cohorte de 80 patients CBNPC avant et après traitement d'immunothérapie) 2) caractériser phénotypiquement et fonctionnellement la sénescence des cellules T chez ces patients avant et après l'introduction d'ICB (15,16,17,18; 3) 3) identifier les mécanismes liés à la sénescence des cellules T et 4) Comme il a été suggéré que la sénescence des cellules T pourrait être réversible, en fonction du mécanisme moléculaire impliqué, des composants qui pourraient cibler spécifiquement ces voies seront testés pour reverser la sénescence lymphocytaire

  • Titre traduit

    Hallmarks of immunosenescence, inflammaging and signalaging in the ERa of Immune checkpoinT blockade: focus on Advanced non-small cell lunG cancers patiEnts.


  • Résumé

    T cell senescence focuses on the phenotypic characteristics of individual lymphocytes and refers mainly to a low proliferative activity, whereas the functions of T lymphocytes and other immune cells do not necessarily decrease. Senescent T cells have been described even in young individuals; however, they increase during aging 1,2,3, particularly in subjects with a chronic antigenic stimulation such as chronic viral infections 4. It should be highlighted that these phenomena not only may be related to a higher risk of cancer development 5 and progression but also to a decreased response to immune checkpoint inhibitors 6,7, through the up-regulation of immune suppressive signals, as showed in some animal models. Different mechanisms can lead to T cell senescence. This may result from aberrant telomere erosion due to the induction of excessive proliferative activity, or to DNA damage due in part to increased production of reactive oxygen species (ROS) 8. T cell senescence is an actively maintained process involving the activation of inhibitory pathways implicating p38 MAPK signaling pathway; it was shown that p38 inhibition restored proliferation and also telomerase activity in senescent T cells 1,3. Different signals can lead to p38 MAPK activation in T cells including cytokines 9,3 or costimulatory receptor engagement, T cell receptor (TCR) ligation as well as a third less characterized mechanism involving DNA damage response 3. Recent studies have highlighted that caloric restriction preserved the efficacy of T-cells priming process in old mice 10,11. Although the actual mechanism by which caloric restriction exerts beneficial effects on the immune system during aging is widely unknown, it likely involves metabolic changes, oxidative stress regulation and modulation 11. Moreover, a recent work have highlighted that syringaresinol (extract from Panax ginseng) could enhance the Firmicutes/Bacteroidetes ratio, this was associated with diminished inflammation in middle-aged mice and restoration of T cell effector functions in middle-aged mice 12. In line with these observations, we recently published that higher Firmicutes/Bacteroidetes ratio was associated to clinical benefit during ipilimumab treatment in patients with metastatic melanoma 13. Finally we demonstrated that one microbial-related metabolite recovered in the sera of patients was associated with an enrichment of Faecalibacterium prausnitzii (Firmicutes) in the stools; this microbial-related metabolite being linked to clinical responses to ipilimumab and the capacity to induce Tumor-related antigen-specific T cells (unpublished data). Thus, intrinsic (telomere attrition; ROS production; DNA damage) as well as extrinsic (cytokines/inflammation; nutrient; composition of gut microbiota12,14 or microbial-related metabolites) mechanisms can activate senescence-related pathways. We believe that understanding and targeting the mechanisms responsible for T cell senescence could rejuvenate immunity and potentially increase responses to immune checkpoint inhibitors in cancer patients. Therefore, we intend to determine mechanisms leading to T cell senescence in patients with cancer and investigate the relation between T cell senescence and response to immunotherapy. The goal being to reverse these mechanisms to overcome T cell senescence. During this project we will 1) set up a prospective cohort of patients who will receive ICB in the setting of ATU and AMM, followed up at Gustave Roussy (since 2017 we have already realized a cohort of 80 NSCLC patients before and after immunotherapy treatment) 2) phenotype and functionally characterize T cells senescence in patients with cancer before and after introduction of ICB in the blood (T cell markers CD28-KLRG1+CD57+CD45RA+CD27- may represent reliable phenotypic biomarkers for T-cell terminal differentiation and senescence in the periphery 15,16,17,18; 3) identify mechanisms linked to T cell senescence, molecular pathways associated with T cell senescence will be analyzed: extrinsic signals: Inflammatory proteins and cytokines (acute-phase markers such as C-reactive protein, VCAM-1, IL-6 and IFNa have been often associated with senescence) will be quantified in plasma of patients, microbial-related metabolites will be determined before and after introduction of ICB. Intrinsic signals: Mitochondrial fitness; nutrients sensing; DNA damage (H2AX; ATM; AMPK; TAB1; p38) and telomere erosion will be also determined before and after introduction of immunotherapy, then by realizing a supervised and unsupervised blinded statistical analysis, we hope to find correlation of immune markers, biological data and efficacy of immune checkpoint inhibitors; 4) Since it has been suggested that T cell senescence could be reversible, depending on identified molecular mechanism involved in T cell senescence, components that could target specifically this pathway will be tested to reverse T cell senescence. Bibliography 1-Lanna, A. et al. (2014) The kinase p38 activated by the metabolic regulator AMPK and scaffold TAB1 drives the senescence of human T cells. Nat. Immunol. 15, 965–972; 2- Henson, S.M. et al. (2014) p38 signaling inhibits mTORC1-independent autophagy in senescent human CD8+ T cells. J. Clin. Invest. 124, 4004–4016; 3- Arne N. Akbar Trends in Immunology 2016 4- Van de Berg, P.J. et al. (2010) Cytomegalovirus infection reduces telomere length of the circulating T cell pool. J. Immunol. 184, 3417–3423 5- Fulop T, Kotb R, Fortin CF, Pawelec G, de Angelis F, Larbi A Potential role of immunosenescence in cancer development. Ann N Y Acad Sci. 2010; 1197:158-65. 6- Mirza N, Duque MA, Dominguez AL, Schrum AG, Dong H, Lustgarten J. B7-H1 expression on old CD8+ T cells negatively regulates the activation of immune responses in aged animals. J Immunol. 2010;184(10):5466-74. 7- Lim SJ, Kim JM, Lee SW, Kwon WS, Kim Ts, Park KH et al. Immune checkpoint protein expression is up-regulated in tumor-bearing elderly mice AACR 106th Annual Meeting 2015; Philadelphia, PA [abstr 4055] 8- d'Adda di Fagagna, F. (2008) Living on a break: cellular senescence as a DNA-damage response. Nat. Rev. Cancer 8, 512–522). 9- Lanna, A. et al. (2013) IFN-alpha inhibits telomerase in human CD8+ T cells by both hTERT downregulation and induction of p38 MAPK signaling. J. Immunol. 191, 3744–3752) 10- Farazi M, Nguyen J, Goldufsky J, Linnane S, Lukaesko L, Weinberg AD et al. Caloric restriction maintains OX40 agonist-mediated tumor immunity and CD4+ T cell priming during aging. Cancer Immunol Immunother 2014; 63:615-26. 11- Fontana L, Partridge L. Promoting health and longevity through diet: from model organisms to humans. Cell. 2015; 161(1):106-18. 12- Cho SY, Kim J, Lee JH, Sim JH, Cho DH, Bae IH et al. Modulation of gut microbiota and delayed immunosenescence as a result of syringaresinol consumption in middle-aged mice. Sci Rep. 2016; 6:39026 13- Chaput N et al. Ann Oncol. 2017 Mar 27 14- Biagi E, Candela M, Turroni S, Garagnani P, Franceschi C, Brigidi P. et al. Ageing and gut microbes: perspectives for health maintenance and longevity. Pharmacol Res. 2013; 69(1):11-20. 15- Plunkett FJ, Franzese O, Finney HM Fletcher JM, Belaramani LL, Salmon M et al. The loss of telomerase activity in highly differentiated CD8+ CD28- CD27- T cells is associated with decreased Akt (Ser473) phosphorylation. J Immunol 2007; 178:7710–9. 16- Focosi D, Bestagno M, Burrone O, Petrini M. CD57+ T lymphocytes and functional immune deficiency. J Leukoc Biol. 2010;87(1):107-16 17- Voehringer D, Koschella M, Pircher H. Lack of proliferative capacity of human effector and memory T cells expressing killer cell lectin like receptor G1 (KLRG1). Blood. 2002;100(10):3698-702. 18- Onyema OO, Decoster L, Njemini R, Forti LN, Bautmans I, De Waele M et al. Shifts in subsets of CD8+ T-cells as evidence of immunosenescence in patients with cancers affecting the lungs: an observational case-control study. BMC Cancer. 2015;15:1016.