Mécanismes de la chimiothérapie immunogène

Mechanisms of immunogenic chemotherapy

• Auteur / Autrice : Frédéric Schlemmer
• Direction : Guido Kroemer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine
• Date : Soutenance le 25/11/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Métabolisme, cancer et immunité (Villejuif, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Socié
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guido Kroemer, Gérard Socié, Olivier Adotevi, Bertrand Arnulf, Stéphane Culine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Adotevi, Bertrand Arnulf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réponse immunitaire

Oxaliplatine

Calréticulines

Mort cellulaire

Mots clés libres

Mort cellulaire immunogène

Calréticuline

Stress du reticulum endoplasmique

Oxaliplatine

Cisplatine

Immunogenic cell death

Calreticulin

ER stress

Oxaliplatin

Cisplatin

Résumé

L’amélioration constante du pronostic des pathologies cancéreuses est le fruit des progrès réalisés dans leur prévention, leur dépistage, leur diagnostic et leur traitement. Malgré l’avènement récent des thérapies ciblées, la chimiothérapie conventionnelle reste souvent le seul recours pour des patients atteints de cancer non opérable ou non éligibles pour ces thérapeutiques novatrices. Certaines chimiothérapies conventionnelles (anthracyclines et oxaliplatine notamment) ont la capacité d’entrainer une mort des cellules tumorales dont les caractéristiques permettent d’induire une réponse immunitaire antitumorale efficace. Cette réponse immunitaire antitumorale spécifique agirait en synergie avec l’effet cytotoxique direct de ces drogues, participant ainsi à leur efficacité. La réponse immunitaire antitumorale induite par la chimiothérapie dépend de plusieurs mécanismes moléculaires et cellulaires clefs identifiés récemment. L’induction d’un stress du réticulum endoplasmique (RE) est à l’origine de l’exposition d’une protéine chaperonne résidente du RE, la calréticuline (CRT), à la surface des cellules mourantes, servant alors de signal de phagocytose pour les cellules dendritiques. La libération dans le milieu extracellulaire de signaux de danger est également essentielle : la protéine nucléaire High Mobility Group Box 1 (HMGB1) sert ainsi de ligand pour le Toll-like récepteur 4 (TLR4), présent à la surface des cellules dendritiques et son activation favorise l’apprêtement et la présentation des antigènes tumoraux aux lymphocytes T cytotoxiques. L’adénosine-5'-triphosphate (ATP) est également libéré par les cellules tumorales, entrainant l’activation des récepteurs purinergiques P2RX7 présents à la surface des cellules dendritiques, activant l’inflammasome NLRP3 et entrainant la libération d’IL-1 par les cellules dendritiques, favorisant alors l’orientation de la réponse immunitaire vers une réponse de type TH1 et la production d’interféron  par les lymphocytes T cytotoxiques. Dans ce travail, nous avons cherché à comparer la capacité de deux drogues issues d’une même classe de chimiothérapie, les sels de platine, à induire une mort cellulaire immunogène des cellules tumorales. Grace à des expériences in vitro et in vivo (modèles murins de vaccination antitumorale et de chimiothérapie sur tumeurs établies), nous avons pu montrer que l’oxaliplatine (OXP), contrairement au cisplatine (CDDP), avait la capacité d’induire une mort immunogène des cellules de cancer colique et que cette différence intra-classe dépendait de la capacité respective de ces deux drogues à entrainer un des phénomènes clés de l’induction d’une mort cellulaire immunogène, l’exposition de la CRT à la surface des cellules tumorales mourantes. Nous avons également pu montrer que l’induction d’une mort cellulaire immunogène des cellules de cancer colique par l’oxaliplatine avait une relevance clinique chez l’homme, l’existence d’un polymorphisme perte-de-fonction du gène tlr4 affectant le pronostic (survie sans progression) de patients traités par chimiothérapie pour un cancer colique métastatique. Par la suite, nous avons mis au point des biosondes permettant d’étudier à grande échelle, à l’aide d’une plateforme de vidéo-microscopie automatisée, la capacité de différentes drogues à induire les différents phénomènes clefs de la mort cellulaire immunogène des cellules tumorales (exposition de la CRT, libération d’HMGB1 et d’ATP). Nous avons ainsi pu montrer que la correction pharmaceutique du défaut d’activation d’un stress du réticulum endoplasmique par le cisplatine permettait de restaurer l’immunogénicité de la mort cellulaire induite par cette chimiothérapie. Ces résultats ouvrent la voie à la découverte de nouvelles molécules susceptibles, à elles seules ou en association à d’autres thérapies connues, d’améliorer le pronostic des néoplasies.

The steady improvement of cancer prognosis is the result of progress in cancer prevention, screening, diagnosis and treatment. Despite the recent advent of targeted therapies, conventional chemotherapy often remains the only solution for patients with non-operable cancer or not eligible for these novel therapies.Some conventional chemotherapy (including anthracyclines and oxaliplatin) has the ability to cause tumor cells death with characteristics able to induce an effective antitumor immune response. This specific antitumor immune response would be synergistic with the direct cytotoxic effect of these drugs and contribute to their efficacy. The antitumor immune response induced by chemotherapy depends on several key cellular and molecular mechanisms recently identified. The induction of an endoplasmic reticulum (ER) stress is necessary for the exposure of calreticulin (CRT), an ER-resident chaperone protein, on the surface of dying cells, then acting as a phagocytosis signal for dendritic cells. Release of danger signals into the extracellular medium is also essential. The nuclear protein High Mobility Group Box 1 (HMGB1) is a ligand of the Toll-like receptor 4 (TLR4) on the surface of dendritic cells. TLR4 activation promotes the processing of tumor antigens and their presentation to cytotoxic T lymphocytes. Adenosine-5'-triphosphate (ATP) is also released by tumor cells, leading to the activation of the purinergic receptors P2RX7 expressed on the surface of dendritic cells, activating the NLRP3 inflammasome and causing the release of IL-1β by dendritic cells, while promoting the orientation of the immune response towards a TH1 response and the production of γ-interferon by cytotoxic T lymphocytes.In this work, we aimed to compare the ability of two drugs of a same class of chemotherapy, the platinum derivates oxaliplatin (OXP) and cisplatin (CDDP), to induce immunogenic death of tumor cells. Thanks to in vitro and in vivo experiments (models of tumor vaccination and chemotherapy on established tumors in mice), we showed that OXP, in contrast to CDDP, has the ability to induce immunogenic death of colon cancer cells. This intra-class difference depends on the ability of each drug to cause one of the key phenomena of immunogenic cell death: the induction of the exposure of the CRT to the surface of dying tumor cells. We could also show that the induction of immunogenic death of colon cancer cells by OXP had clinical relevance in humans. Indeed, the existence of a loss-of-function polymorphism of tlr4 affects the prognosis (PFS) of patients treated with OXP-based chemotherapy regimen for a metastatic colorectal cancer. Subsequently, we developed biosensors to study the ability of different drugs to induce key phenomena of cell death immunogen tumor cells (CRT exposure, HMGB1 and ATP release) using high-content screening by an automated video-microscopy platform. We showed that a pharmaceutical correction of the inability of cisplatin to induce an endoplasmic reticulum stress could restore the immunogenicity of cisplatin-induced tumor cell death. These results open the way to the discovery of new molecules that, alone or in combination with other known therapies, could improve the prognosis of cancer.