Badania spektroskopowe, strukturalna i aktywność przeciwdrobnoustrojowa nowych soli kwasu lasalowego z aminami

Wydział Chemii

Design, synthesis and development of novel indolocarbazole derivatives as potential anti-cancer agents

This thesis describes work carried out on the design of new routes to a range of bisindolylmaleimide and indolo[2,3-a]carbazole analogs, and investigation of their potential as successful anti-cancer agents. Following initial investigation of classical routes to indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazole aglycons, a new strategy employing base-mediated condensation of thiourea and guanidine with a bisindolyl β-ketoester intermediate afforded novel 5,6-bisindolylpyrimidin-4(3H)-ones in moderate yields. Chemical diversity within this H-bonding scaffold was then studied by substitution with a panel of biologically relevant electrophiles, and by reductive desulfurisation. Optimisation of difficult heterogeneous literature conditions for oxidative desulfurisation of thiouracils was also accomplished, enabling a mild route to a novel 5,6-bisindolyluracil pharmacophore to be developed within this work. The oxidative cyclisation of selected acyclic bisindolyl systems to form a new planar class of indolo[2,3-a]pyrimido[5,4-c]carbazoles was also investigated. Successful conditions for this transformation, as well as the limitations currently prevailing for this approach are discussed. Synthesis of 3,4-bisindolyl-5-aminopyrazole as a potential isostere of bisindolylmaleimide agents was encountered, along with a comprehensive derivatisation study, in order to probe the chemical space for potential protein backbone H-bonding interactions. Synthesis of a related 3,4-arylindolyl-5-aminopyrazole series was also undertaken, based on identification of potent kinase inhibition within a closely related heterocyclic template. Following synthesis of approximately 50 novel compounds with a diversity of H-bonding enzyme-interacting potential within these classes, biological studies confirmed that significant topo II inhibition was present for 9 lead compounds, in previously unseen pyrazolo[1,5-a]pyrimidine, indolo[2,3-c]carbazole and branched S,N-disubstituted thiouracil derivative series. NCI-60 cancer cell line growth inhibition data for 6 representative compounds also revealed interesting selectivity differences between each compound class, while a new pyrimido[5,4-c]carbazole agent strongly inhibited cancer cell division at 10 µM, with appreciable cytotoxic activity observed across several tumour types.

Targeting the EP1 receptor reduces Fas ligand expression and increases the antitumor immune response in an in vivo model of colon cancer

Despite studies demonstrating that inhibition of cyclooxygenase-2 (COX-2)-derived prostaglandin E2 (PGE2) has significant chemotherapeutic benefits in vitro and in vivo, inhibition of COX enzymes is associated with serious gastrointestinal and cardiovascular side effects, limiting the clinical utility of these drugs. PGE2 signals through four different receptors (EP1–EP4) and targeting individual receptor(s) may avoid these side effects, while retaining significant anticancer benefits. Here, we show that targeted inhibition of the EP1 receptor in the tumor cells and the tumor microenvironment resulted in the significant inhibition of tumor growth in vivo. Both dietary administration and direct injection of the EP1 receptor-specific antagonist, ONO-8713, effectively reduced the growth of established CT26 tumors in BALB/c mice, with suppression of the EP1 receptor in the tumor cells alone less effective in reducing tumor growth. This antitumor effect was associated with reduced Fas ligand expression and attenuated tumor-induced immune suppression. In particular, tumor infiltration by CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells was decreased, whereas the cytotoxic activity of isolated splenocytes against CT26 cells was increased. F4/80+ macrophage infiltration was also decreased; however, there was no change in macrophage phenotype. These findings suggest that the EP1 receptor represents a potential target for the treatment of colon cancer.

Fas ligand expression and tumour immune evasion; the role of prostaglandin E2 and the EP1 receptor

Background and Aim: During carcinogenesis, tumours develop multiple mechanisms to evade the immune system and suppress the anti-tumour immune response. Upregulation of Fas Ligand (FasL/CD95L) expression may represent one such mechanism. FasL is a member of the tumour necrosis factor superfamily that triggers apoptotic cell death following ligation to its receptor Fas. Numerous studies have demonstrated upregulated FasL expression in tumor cells, with FasL expression associated with numerous pro-tumorigenic effects. However, little is known about the mechanisms that regulate FasL expression in tumours. The cyclooxgenase (COX) signalling pathway may play an important role in colon carcinogenesis, via the production of prostaglandins, in particular PGE2. PGE2 signals through four different receptor subtypes, EP1 – EP4. Thus, the aim of this study was to investigate the effect of targeting the PGE2-FasL signaling pathway. Results: (i) PGE2 induces FasL expression via the EP1 receptor in colon cancer cells. (ii) Suppression of FasL expression in colon tumour cells in vivo significantly delays and reduces tumour growth. (iii) Blocking EP1 receptor signaling, or suppression of the EP1 receptor in colon tumour cells, reduces tumour growth in vivo. Suppression of tumour growth correlates in part with suppression of FasL expression. (iv) The reduction in tumour growth is associated with an improved anti-tumour immune response. Tumour infiltration by Treg cells and macrophages was reduced, and the cytotoxic activity of CTL generated from splenocytes isolated from these mice increased. Conclusion: 1) Targeting FasL expression by blocking PGE2-EP1 receptor signalling reduces tumour development in vivo. 2) The mechanism is indirect but is associated with an increased anti-tumour immune response. Thus, unraveling the mechanisms regulating FasL expression and the pro-tumorigenic effects of the EP1 receptor may aid in the search for new therapeutic targets against colon cancer.

Synthesis and evaluation of novel quinolines and quinazolinediones as potential anti-cancer agents

This thesis outlines the design and effectuation of novel chemical routes towards a nascent class of functionalised quinoline-5,8-diones and the expansion of a series of contemporary quinazolinediones towards an innovative family of pyridinoquinazolinetetrone derivatives. This fragment based approach is envisaged to lead to advancements in the three scaffolds, expanding the SAR pool of both quinolines and quinazolinediones with subsequent evaluation of chemotherapeutic potential as well as furnishing a new class of tricycle for biological investigation. Development of novel quinoline-5,8-diones is provided for by expanding on existing methodology. Using a variety of nucleophiles on a critical intermediate, a broad range of novel compounds was afforded allowing chemotherapeutic potential to be assessed, while also serving as intermediates for accomplishing novel pyridinoquinazolinetetrone congeners. In order to incorporate functionality into our quinazolinedione template, an efficient synthetic strategy was constructed which provided a robust route to effectuate a highly derivatised pyrimidinedione ring. As derivatisation of this template is unreported our chief priority was to synthesise a range of diverse quinazolinediones. The application of annulation methodology using functionalised precursors provided a library of N-3 derivatised quinazolinedione analogues. These, along with their N-1 functionalised derivatives provide a wide scope from which to construct a series of pyridinoquinazolinetetrone derivatives while also serving as a unique class of molecules whose biological potential is uncharted. Although the actualisation of the pyridinoquinazolinetetrone was ultimately unsuccessful, our work has led to the development of novel quinoline-5,8-diones which were found to possess excellent anti-cancer activity when assessed by the NCI screen. Of the quinazolinediones synthesised eight compounds were accepted for screening by the NCI. Results from the single-dose tests however indicated that these compounds possessed little cytotoxic activity at 10 μM. The development of this novel template in conjunction with the highly active quinolinediones serves as an excellent rostrum for future synthetic endeavours.

CD4+ CD25+ regulatory T cells control T helper cell type 1 responses to foreign antigens induced by mature dendritic cells in vivo.

Recent evidence suggests that in addition to their well known stimulatory properties, dendritic cells (DCs) may play a major role in peripheral tolerance. It is still unclear whether a distinct subtype or activation status of DC exists that promotes the differentiation of suppressor rather than effector T cells from naive precursors. In this work, we tested whether the naturally occurring CD4+ CD25+ regulatory T cells (Treg) may control immune responses induced by DCs in vivo. We characterized the immune response induced by adoptive transfer of antigen-pulsed mature DCs into mice depleted or not of CD25+ cells. We found that the development of major histocompatibility complex class I and II-restricted interferon gamma-producing cells was consistently enhanced in the absence of Treg. By contrast, T helper cell (Th)2 priming was down-regulated in the same conditions. This regulation was independent of interleukin 10 production by DCs. Of note, splenic DCs incubated in vitro with Toll-like receptor ligands (lipopolysaccharide or CpG) activated immune responses that remained sensitive to Treg function. Our data further show that mature DCs induced higher cytotoxic activity in CD25-depleted recipients as compared with untreated hosts. We conclude that Treg naturally exert a negative feedback mechanism on Th1-type responses induced by mature DCs in vivo.

Prooxidant action of knipholone anthrone: Copper dependent reactive oxygen species generation and DNA damage

Knipholone (KP) and knipholone anthrone (KA) are natural 4-phenylanthraquinone structural analogues with established differential biological activities including in vitro antioxidant and cytotoxic properties. By using DNA damage as an experimental model, the comparative Cu(II)-dependent prooxidant action of these two compounds were studied. In the presence of Cu(II) ions, the antioxidant KA (3.1-200 [mu]M) but not KP (6-384 [mu]M) caused a concentration-dependent pBR322 plasmid DNA strand scission. The DNA damage induced by KA could be abolished by reactive oxygen species scavengers, glutathione and catalase as well as EDTA and a specific Cu(I) chelator bathocuproine disulfonic acid. In addition to Cu(II) chelating activity, KA readily reduces Cu(II) to Cu(I). Copper-dependent generation of reactive oxygen species and the subsequent macromolecular damage may be involved in the antimicrobial and cytotoxic activity of KA.

The TGF-β-inducible miR-23a cluster attenuates IFN-γ levels and antigen-specific cytotoxicity in human CD8+ T cells

Cytokine secretion and degranulation represent key components of CD8(+) T-cell cytotoxicity. While transcriptional blockade of IFN-γ and inhibition of degranulation by TGF-β are well established, we wondered whether TGF-β could also induce immune-regulatory miRNAs in human CD8(+) T cells. We used miRNA microarrays and high-throughput sequencing in combination with qRT-PCR and found that TGF-β promotes expression of the miR-23a cluster in human CD8(+) T cells. Likewise, TGF-β up-regulated expression of the cluster in CD8(+) T cells from wild-type mice, but not in cells from mice with tissue-specific expression of a dominant-negative TGF-β type II receptor. Reporter gene assays including site mutations confirmed that miR-23a specifically targets the 3'UTR of CD107a/LAMP1 mRNA, whereas the further miRNAs expressed in this cluster-namely, miR-27a and -24-target the 3'UTR of IFN-γ mRNA. Upon modulation of the miR-23a cluster by the respective miRNA antagomirs and mimics, we observed significant changes in IFN-γ expression, but only slight effects on CD107a/LAMP1 expression. Still, overexpression of the cluster attenuated the cytotoxic activity of antigen-specific CD8(+) T cells. These functional data thus reveal that the miR-23a cluster not only is induced by TGF-β, but also exerts a suppressive effect on CD8(+) T-cell effector functions, even in the absence of TGF-β signaling.

Searching biocompounds in marine natural extracts with potential use in tumor prevention and treatment

Cancer is a multistage process characterized by three stages: initiation, promotion and progression; and is one of the major killers worldwide. Oxidative stress acts as initiator in tumorigenesis; chronic inflammation promotes cancer; and apoptosis inactivation is an issue in cancer progression. In this study, it was investigated the antioxidant, antiinflammatory and antitumor properties of hexane, ether, chloroform, methanol and water extracts of five species of halophytes: A. macrostachyum, P. coronopus, J. acutus, C. edulis and A. halimus. Antioxidant activity was assessed by DPPH• and ABTS•+ methods, and the total phenolics content (TPC) was evaluated by the Folin-Ciocalteau method. The anti-inflammatory activity of the extracts was determined by the Griess method, and by evaluating the inhibition of NO production in LPS-stimulated RAW- 264.7 macrophages. The cytotoxic activity of the extracts against HepG2 and THP1 cell lines was estimated by the MTT assay, and the results obtained were further compared with the S17 non-tumor cell line. The induction of apoptosis of J. acutus ether extract was assessed by DAPI staining. The highest antioxidant activities was observed in C. edulis methanol and the J. acutus ether extracts against the DPPH• radical; and J. acutus ether and A. halimus ether extracts against the ABTS•+ radical. The methanol extracts of C. edulis and P. coronopus, and the ether extract of J. acutus revealed a high TPC. Generally the antioxidant activity had no correlation with the TPC. The A. halimus chloroform and P. coronopus hexane extracts demonstrated ability to reduce NO production in macrophages (> 50%), revealing their anti-inflammatory capacity. The ether extract of J. acutus showed high cytotoxicity against HepG2 cancer cells, with reduced cellular viability even at the lowest concentrations. This outcome was significantly lower than the obtained with the non-tumor cells (S17). This result was complemented by the induction of apoptosis.

Caractérisation du produit du gène sty4221, unique à Salmonella enterica sérovar Typhi

Salmonella enterica sérovar Typhi (Typhi) est une bactérie pathogène spécifique à l’homme. Typhi est l’agent étiologique de la fièvre typhoïde chez l’humain, causant plus de 16 millions de nouveaux cas par année et plus de 600 000 morts. Il a été démontré que pour causer une infection systémique, Salmonella doit nécessairement survivre dans les macrophages de l'hôte. Paradoxalement, S. enterica sérovar Typhimurium, très apparenté à Typhi (près de 90 % d’homologie), n’a pas la capacité de se disséminer dans l’organisme humain et peut infecter plusieurs espèces animales. Nous avons antérieurement identifié 36 gènes uniques à Typhi (absents chez Typhimurium) situés sur 15 régions différentes et exprimés sélectivement lors de l’infection de macrophages humains. Ainsi, l’une de ces régions a suscité notre attention, soit la région sty4217-4222 et plus particulièrement le produit du gène sty4221, une aminotransférase hypothétique. Ce dernier gène est d’intérêt dû à l’homologie qu’il détient avec une hémolysine connue (Hly) produite par Treponema denticola, possédant elle-même une activité d’aminotransférase. Chez T. denticola, Hly dégrade la cystéine et produit du H2S qui est toxique pour l’hôte. Notre hypothèse est que la spécificité d’hôte et la capacité de produire une infection systémique de Typhi sont dues à l’expression de gènes qui ne se retrouvent pas chez d’autres salmonelles. Le but de cette étude était donc de caractériser le gène sty4221 quant à son activité hémolytique, cytotoxique et tenter de déterminer son rôle dans la virulence de cette bactérie. Le gène sty4221 a été cloné sous le contrôle d’un promoteur inductible à l’arabinose et exprimé par E. coli. L’activité hémolytique du clone a été déterminée par simple observation sur gélose sang. Ce clone a également permis d’observer l’effet cytotoxique du surnageant de culture sur différentes lignées cellulaires, par quantification de la relâche de LDH. Le gène sty4221 a été muté chez la souche sauvage de Typhi, ISP1820, l’implication pathogénique du gène a ainsi pu être étudiée. Des tests de phagocytose, d’invasion et de survie dans des macrophages humains ont été effectués, ainsi que des tests d’adhésion et d’invasion sur des cellules HeLa. Par ailleurs, une première tentative de purification de la protéine a été entreprise. En somme, nous savons maintenant que STY4221 a des propriétés hémolytiques, augmentées par la présence de cystéine. De plus, STY4221 a un effet cytotoxique sur les macrophages THP-I, mais aucun effet sur les HeLa. Or, sty4221 ne semble pas impliqué dans les étapes d’adhésion, d’invasion, de phagocytose ou de survie. La caractérisation de sty4221 permettra sans doute d’approfondir nos connaissances sur les toxines trouvées uniquement chez Typhi.

Étude de l'activité anti-cancéreuse du PCK3145, un peptide dérivé de PSP-94, sur les cancers hématologiques

Le PCK3145 est un peptide de 15 acides aminés inhibant la sécrétion de MMP-9 et démontrant une activité anti-tumorale contre le cancer de la prostate. Comme les cancers hématologiques sécrètent MMP-9, nous avons donc évalué l’effet du PCK3145 sur ces cancers. Nous avons démontré que les lignées humaines de lymphome non- Hodgkinien (LNH) SR et de myélome multiple RPMI-8226 ainsi que la lignée murine de mastocytome P815 ont une prolifération réduite suite à une exposition au PCK3145. Ce peptide diminue également la clonogénicité de ces cellules. In vivo, le PCK3145 diminue significativement la croissance des tumeurs sous-cutanées P815 comparativement au PBS (p<0.001) et aux peptides contrôles (« scrambled peptide » (p<0.05) et PCK5266 (p<0.01)). De plus, le traitement au PCK3145 diminue le nombre de métastases au niveau du foie par rapports aux contrôles (p<0.05). Les niveaux de MMP-9 dans le sang des souris traitées au PCK3145 sont similaires à ceux dans le sang des souris sans tumeur. Par contre, chez les souris recevant le PBS ou le « scrambled peptide », les niveaux de MMP-9 étaient significativement plus élevés que dans les souris sans tumeur et les souris traitées au PCK3145 (p<0.05). De surcroît, dans un modèle de xénogreffe, le PCK3145 diminue significativement la croissance des lymphomes SR par rapport au PBS (p<0.01) et au « scrambled peptide » (p<0.001). Ces résultats indiquent que le PCK3145 possède une activité anti-tumorale et pourrait représenter un agent intéressant pour le traitement de plusieurs cancers hématologiques.

Caractérisation de DKK1 comme antigène tumoral et manipulation des lymphocytes T CD8 : utilisation de la voie de Wnt en immunothérapie du cancer

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie.

Étude fonctionnelle et génétique d'une population de lymphocytes T CD4-CD8- impliquée dans la résistance au diabète auto-immun chez la souris

Le diabète auto-immun résulte de la destruction des cellules bêta pancréatiques sécrétrices d’insuline par les lymphocytes T du système immunitaire. Il s’ensuit une déficience hormonale qui peut être comblée par des injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, toutefois il demeure à ce jour impossible de guérir les patients atteints de la maladie. De façon générale, un système immunitaire sain reconnaît une multitude d’antigènes différents et assure ainsi notre défense à l’égard de différents pathogènes ou encore de cellules tumorales. Il arrive cependant que, pour des raisons génétiques et/ou environnementales, les lymphocytes T puissent s’activer de façon aberrante suite à la reconnaissance d’antigènes provenant du soi. C’est ce bris de tolérance qui mène au développement de pathologies auto-immunes telles que le diabète auto-immun. Afin de limiter l’auto-immunité, des mécanismes de sélection stricts permettent d’éliminer la majorité des lymphocytes T présentant une forte affinité envers des antigènes du soi lors de leur développement dans le thymus. Certains de ces lymphocytes réussissent toutefois à échapper à l’apoptose et migrent en périphérie afin d’y circuler en quête d’un antigène spécifiquement reconnu. Il est alors primordial que des mécanismes périphériques assurent le maintien de la tolérance immunitaire en faisant obstacle à l’activation et à la prolifération des lymphocytes T auto-réactifs. L’une des avenues afin d’inhiber le développement de réponses immunitaires aberrantes est la génération de lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, d’origine thymique ou périphérique, peuvent arborer différents phénotypes et agissent via de multiples mécanismes afin d’inactiver et/ou éliminer les cellules impliquées dans l’apparition de pathologies auto-immunes. L’utilisation de modèles murins transgéniques a permis la mise en évidence d’une population peu caractérisée de lymphocytes T au potentiel régulateur. En effet, la proportion de ces cellules T n’exprimant pas les corécepteurs CD4 et CD8 (double négatives, DN) a été inversement corrélée à la prédisposition à l’auto-immunité chez ces ii souris. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la fonction immuno-régulatrice des lymphocytes T DN, tout en investiguant les facteurs génétiques responsables du maintien de cette population cellulaire. Nous avons observé que les lymphocytes T DN exercent une activité cytotoxique à l’égard des lymphocytes B de façon spécifique à l’antigène, via la libération de granules cytolytiques contenant du granzyme B et de la perforine. Par ailleurs, nous avons établi qu’un unique transfert adoptif de ces cellules est suffisant afin d’inhiber le développement du diabète auto-immun chez des hôtes transgéniques prédisposés à la maladie. Le recours à des souris déficientes pour l’expression du gène CD47 a permis de constater que la voie de signalisation CD47-Sirp est essentielle dans le maintien de la proportion des lymphocytes T DN. De plus, le locus murin de prédisposition au diabète auto-immun Idd13, qui contient le gène Sirp, a été identifié pour son rôle dans la régulation de la proportion de ces cellules. Finalement, une analyse génétique a révélé que d’autres intervalles génétiques sont impliqués dans le contrôle de la population des lymphocytes T DN. Parmi ceux-ci, un locus situé en région proximale du chromosome 12 a été validé grâce à la création de souris congéniques. Grâce aux résultats présentés dans cette thèse, notre compréhension de la biologie ainsi que de la régulation des lymphocytes T DN est approfondie. Ces connaissances constituent un pas important vers la création de thérapies cellulaires novatrices permettant de prévenir et de guérir diverses pathologies auto-immunes.

Immunothérapie cellulaire de la leucémie aiguë lymphoblastique de l'enfant à partir de sang de cordon dans un modèle murin xénogénique

La leucémie aigüe lymphoblastique de précurseurs des cellules B (pré-B LAL) est le cancer le plus fréquent chez l’enfant. La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (TCSH) est nécessaire dans environ 20 à 30 % des enfants ayant une pré-B LAL. Les rechutes après TCSH sont habituellement réfractaires aux thérapies actuelles, et par conséquent, il est important de développer et d’optimiser de nouvelles stratégies thérapeutiques. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux cellules « cytokine-induced killer » (CIK). En effet, ces cellules ont été montrées comme hautement cytotoxique contre beaucoup de types de cancers. Cependant, leur activité cytotoxique contre les pré-B LAL n’est pas vraiment efficace. Par conséquent, nous avons étudié la possibilité de combiner l’immunothérapie des cellules CIK avec l’interféron alpha (IFN-α) afin d’optimiser l’activité lytique de ces cellules contre les cellules pré-B LAL. De plus, vu qu’il a été démontré que l’activité cytotoxique des cellules CIK provient de la fraction CD56+, plus particulièrement les cellules CD3+CD56+, nous avons décidé d’utiliser la fraction CD56+ (cellules CD56+) dans l’ensemble de nos expériences. Nous avons observé in vitro que les cellules CD56+ lysent mieux les lignées cellulaires pré-B LAL comparativement aux cellules CIK non purifiées. Aussi, leur activité cytotoxique peut être augmentée par le traitement avec l’IFN-α. Par ailleurs, nous avons démontré l’efficacité des cellules CD56+ traitées par l’IFN-α contre les lignées cellulaires pré- B LAL in vivo, dans le modèle de souris NOD/SCID/gamma c- (NSG). La survie des souris est significativement prolongée lorsqu’elles reçoivent les cellules pré-B LAL avec les cellules CD56+ traitées par l’IFN-α. Nous avons par la suite étudié le mécanisme d’action des cellules CD56+ contre les lignées cellulaires pré-B LAL. Nous avons observé que les cellules CD56+ provenant de sang de cordon sont plus efficaces que les cellules CD56+ provenant de sang I périphérique pour tuer les lignées cellulaires pré-B LAL. Nous avons également montré que les cellules CD56+ utilisent seulement la voie NKG2D ou bien les voies NKG2D et TRAIL selon la lignée cellulaire pré-B LAL cible et selon la provenance de la source des cellules CD56+. Par ailleurs, nous avons remarqué que les cellules CIK sont sensibles à l’apoptose par Fas, et que cette sensibilité influence leur activité cytotoxique contre les cellules tumorales. En conclusion, les cellules CD56+ sont cytotoxiques contre les lignées cellulaires pré-B LAL, et leur effet lytique est augmenté par l’IFN-α aussi bien in vitro qu’in vivo dans le modèle de souris NSG. Ces données précliniques sont encourageantes pour tester cette nouvelle approche d’immunothérapie dans le traitement contre la pré-B LAL.

Transcriptional regulation of effector CD8+ T cell differentiation and molecular dysfunction during HIV-1 infection

Les cellules T CD8+ jouent un rôle primordial dans le contrôle des infections virales en limitant la dissémination des cellules infectées. Lors de l’infection chronique par le virus HIV, les cellules T CD8+ HIV-spécifiques ne se différencient pas en cellules effectrices fonctionnelles capables de tuer les cellules infectées par le virus ; ces cellules ne sont plus capables de proliférer ou de produire l’ IL-2. Ces cellules expriment PD-1 et l’engagement de PD-1, par son ligand, aboutit a plusieurs de ces déficits fonctionnels des cellules T . Le rôle de PD-1 dans la régulation d'évènements transcriptionnels contrôlant la différentiation et l'obtention des fonction effectrices des cellules T CD8+ reste à démontrer. Id2 joue un rôle central dans la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. Nous avons émis l’hypothèse que le défaut de maturation observé chez les cellules T CD8+ PD-1 high HIV-spécifiques (CD8+PD-1hi) au cours de l’infection chronique par le virus HIV pouvait être lié à la diminution d’expression du régulateur Id2. Nous avons ainsi démontré que l'engagement de PD-1 contribuait à une diminution d'expression de Id2 et de ses cibles transcriptionnelles. La surexpression de Id2 de ces cellules a permis de restaurer l'expression de marqueurs tels que Granzyme B et Bcl-2 et diminuir l’expression du marqueur de maturation de CD27. La famille des cytokines à chaine gamma joue un rôle clef dans la survie et l’homéostasie des cellules T. Dans ce travail, nous avons démontré que l’IL-15 était unique grâce à ses capacités de stimulation de l’expression d’Id2 et ses propriétés favorisant la survie ainsi que la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. l’IL-15 induit la prolifération de toutes les populations de cellules T mémoires provenant de donneurs sains. L’addition de cette cytokine aux sous-populations cellulaires Ttm et Tem a permis leur différenciation en cellules effectrices capables de produire Granzyme B alors que la stimulation par l’IL-15 des cellules Tcm ne favorise pas leur différenciation. Un test de cytotoxicitié par cytométrie en flux nous a permis de confirmer que la stimulation de cellules T CD8+ HIV spécifiques par l’IL-15 favorisait l’expression de Id2 et restaurait les fonctions cytotoxiques des cellules T CD8+ HIV spécifiques. En conclusion, nous avons pour la première fois dans cette thèse défini les mécanismes moléculaires impliqués dans la modulation de l’expression du régulateur transcriptionnel Id2 par l’IL-15. Nous avons également révélé comment l’engagement de PD-1 conduisait a une altération de l’expression et de la fonction d’Id2 et favorisait la diminution des fonctions effectrices des cellules T CD8-HIV spécifiques. Une perspective de traitement avec des agents tels que l’IL-15 ou le bloquage de PD-1, en combinaison avec les traitements conventionnels, pourrait contribuer à une meilleure stimulation des réponses immunes favorisant ainsi la réactivation des cellules T CD8+ et permettant la destruction de cellules T CD4+ infectées de manière latente.