Decoding the cellular interactions regulating CAR T cell antitumor activity in vivo using two-photon intravital imaging
Décoder les interactions cellulaires régulant l'activité anti-tumorale des cellules CAR T in vivo grâce à l'imagerie biphotonique intravitale
par Marine CAZAUX sous la direction de Philippe BOUSSO
Thèse de doctorat en Immunologie
ED 562 Bio Sorbonne Paris Cité

Soutenue le mercredi 21 octobre 2020 à Université Paris Cité

Sujets
  • Interféron gamma
  • Lymphocytes T
  • Lymphome B
  • Microenvironnement tumoral
  • Récepteurs chimériques pour l'antigène
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Mots clés
Imagerie biphotonique intravitale, Séquençage ARN, Dynamiques, Hétérogénéité, Modélisation
Resumé
Les thérapies par cellules CAR T (Chimeric Antigen Receptor T cells) anti-CD19 ont démontré une efficacité clinique remarquable dans les lymphomes et leucémies B réfractaires ou en rechute. Cette stratégie consiste à faire exprimer par les lymphocytes T du patient un récepteur chimérique ciblant un marqueur tumoral et puissent ainsi éliminer la tumeur. Malgré des résultats cliniques stupéfiants, de nombreux points clés du fonctionnement des cellules CAR T restent néanmoins méconnus, en particulier les mécanismes et les dynamiques d'élimination tumorale mais aussi les conséquences des interactions cellulaires entre CAR T et l'hôte dans différents sites anatomiques. Dans le but de décoder les interactions cellulaires régulant l'efficacité des thérapies CAR T in vivo, nous avons visualisé l'activité individuelle des cellules CAR T grâce à la microscopie intravitale biphotonique dans un modèle murin de lymphome B agressif. Les interactions avec les cibles circulantes agrègent les cellules CAR T dans la circulation pulmonaire, réduisant ainsi leur accès aux organes lymphoïdes. Dans la moelle osseuse, la mort tumorale était principalement induite par un contact avec une cellule CAR T, qui typiquement entre en contact avec une cellule tumorale cible, induit l'apoptose et se détache en 25 minutes environ. En réalité, seulement une fraction des cellules CAR T présentes au site tumoral signale efficacement et tue la tumeur, révélant une hétérogénéité fonctionnelle auparavant sous-estimée. Une modélisation mathématique a révélé que la cytotoxicité directe apparait suffisante pour induire la régression tumorale initiale. Les rechutes négatives pour CD19 surviennent préférentiellement dans la moelle osseuse par rapport aux ganglions lymphatiques, où l'activité cytotoxique apparait réduite. En combinant single cell RNAseq et cytométrie, nous avons démontré que le traitement par cellules CAR T induit de profonds changements dans le micro-environnement tumoral. En comparaison aux cellules CD8+, les CAR T CD4+ ont une activité cytotoxique moindre mais stimulent d'avantage l'immunité endogène. Nous avons mis en évidence que la réponse anti-tumorale prolongée dépend de l'action de l'IFN-gamma produit par les cellules CAR T sur les cellules hôtes, essentielle pour stimuler l'immunité endogène mais aussi pour renforcer la cytotoxicité des cellules CAR T. Au total, le déchiffrage des interactions cellulaires établies par les cellules CAR T révèle une hétérogénéité fonctionnelle et anatomique insoupçonnée ainsi que des interactions complexes entre les cellules CAR T et les cellules de l'hôte au sein du microenvironnement tumoral. Cet éclairage sur les forces et les faiblesses des cellules CAR T ouvre la voie à des progrès thérapeutiques, en particulier pour limiter les rechutes.