Besides the well-established role of NK cells in mediating innate anti-tumor immune responses in different tumor types, the recently described helper Innate Lymphoid Cells (ILCs) are also emerging as novel players in tumor immunity. However, due to their heterogeneous tissue-distribution and to their high plastic potential, both pro- and anti-tumor activities have been observed. However, whether and how human ILCs could have anti-tumor effects through the interaction with the vascular endothelium, remains unknown.
During my PhD, I focused on the isolation, expansion and characterization of circulating human ILC subsets (ILC1s, ILC2s and ILCPs) to be employed in co-culture experiments with primary endothelial cells, to assess their capacity to induce adhesion molecules expression on endothelial cells in vitro. I was able to show that, following in vitro expansion, ILCPs increase the adhesive properties of endothelial cells, by significantly upregulating E-Selectin, ICAM-1 and VCAM-1 expression on endothelial cell surface. This interaction was primarily dependent on the direct contact between the two cell types and on the engagement of NF-kB in endothelial cells via surface TNF and RANKL on ILCPs. Moreover, ILCPs acquired a more activated and ILC3-/LTi-like phenotype, given the upregulation of CD69, the key transcription factor for ILC3 development RORγt and two known markers of LTi cells, i.e., CCR6 and CXCR5. The ILCP-mediated activation of endothelial cells resulted to be functional, by allowing the adhesion of T, B, NK cells and monocytes freshly isolated from the peripheral blood of healthy donors. Interestingly, pre-exposure of ILCPs to bladder and colon cancer cells impaired their endothelial cell-activating capacity, defining a potential alternative strategy of tumor cells to escape an anti-tumor immune response, but also an intriguing target to develop novel immunotherapeutical strategies to treat cancer patients.
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Outre le rôle bien établi des cellules NK dans la médiation des réponses immunitaires anti-tumorales innées dans différents types de tumeurs, les cellules lymphoïdes innées (ILCs), récemment décrites, apparaissent également comme de nouveaux acteurs dans l'immunité tumorale. Toutefois, en raison de leur distribution tissulaire hétérogène et de leur plasticité, des activités tant pro-tumorales qu'anti- tumorales ont été observées. À ce jour, on ignore encore comment ces cellules pourraient avoir des effets anti-tumoraux via leur interaction avec l'endothélium vasculaire.
Au cours de mon doctorat, je me suis concentrée sur l'isolation, l'expansion et la caractérisation des sous- ensembles de ILC humaines circulantes (ILC1s, ILC2s et ILCPs), que j’ai utilisé dans des expériences de co- culture avec des cellules endothéliales primaires, afin d'évaluer leur capacité à induire l'expression de molécules d'adhésion sur les cellules endothéliales in vitro. J'ai en effet pu montrer qu'après une expansion in vitro, les ILCPs augmentent les propriétés d'adhésion des cellules endothéliales, en augmentant de manière significative l'expression de E-Selectin, ICAM-1 et VCAM-1 à leur surface. Cette interaction dépend principalement du contact direct entre les deux types de cellules et de l'engagement de NF-kB dans les cellules endothéliales via le TNF de surface et le RANKL sur les ILCPs. De plus, les ILCPs ont acquis un phénotype plus activé et plus proche de celui des ILC3/LTi, étant donné la haute expression de CD69, de RORγt, le facteur de transcription clé pour le développement des ILC3s, de CCR6 et CXCR5, deux marqueurs connus des cellules LTi. L'activation des cellules endothéliales par les ILCPs s'est avérée fonctionnelle, en permettant l'adhésion de cellules T, B, NK et des monocytes fraîchement isolés du sang périphérique des donneurs sains. Il est également intéressant de noter que la pré-exposition des ILCPs aux cellules de cancer de la vessie et du côlon a altéré leur capacité d'activer les cellules endothéliales, définissant une stratégie alternative potentielle des cellules tumorales pour échapper à une réponse immunitaire anti-tumorale, mais aussi une cible intéressante pour développer de nouvelles stratégies immuno-thérapeutiques pour traiter les patients atteints de cancer.
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Le système immunitaire détecte et détruit tout ce qui est étranger à notre organisme, comme les virus et les bactéries. Du fait des nombreuses mutations qui s’accumulent lors de la croissance tumorale, les cellules cancéreuses peuvent être considérées comme étrangères et vont donc pouvoir être reconnues par le système immunitaire. En temps normal, le système immunitaire œuvre pour éliminer ces pathogènes ou ces cellules cancéreuses grâce à l’activation de cellules spécifiques que l’on appelle les lymphocytes T, qui vont rechercher puis éliminer ces potentielles menaces. C’est pour cette raison que les recherches actuelles se focalisent essentiellement sur la compréhension des interactions entre lymphocytes T et cellules cancéreuses, afin de développer des immunothérapies, c’est-à-dire des thérapies basées sur l’exploitation des défenses immunitaires du patient afin d’attaquer le cancer. Aujourd’hui, certaines immunothérapies consistent à prélever directement chez les patients des lymphocytes T reconnaissant spécifiquement les cellules cancéreuses grâce à une prise de sang. Une fois ces cellules spécifiques isolées, elles sont multipliées et activées en laboratoire, avant d’être réinjectées chez ces mêmes patients.
Malheureusement, les cellules cancéreuses sont capables d’évoluer afin d’échapper aux lymphocytes T et donc d’échapper à une réponse immunitaire anti-tumorale. C’est pour cette raison également, qu’il est très important de comprendre comment se comportent les autres cellules immunitaires, et en particulier les cellules du système immunitaire innée, qui constituent la première ligne de défense contre tous pathogènes. Récemment, des études ont montré que les cellules du système immunitaire innés, et en particulier les cellules lymphoïdes innées (ILCs), sont souvent altérées dans leur fonction chez les patients atteints de cancer, et pourraient donc contribuer à la progression de la tumeur.
Étant donné que les lymphocytes doivent abandonner la circulation sanguine et traverser les vaisseaux sanguins pour pouvoir accéder à la tumeur et déployer leur fonctions anti-tumorales, le projet de ma thèse a pour but de comprendre si les ILCs circulantes peuvent faciliter l’adhésion aux vaisseaux sanguins des lymphocytes adaptatives et d’autres leucocytes, et donc de favoriser leur infiltration dans la tumeur, ce mécanisme étant souvent altéré dans le microenvironnement tumoral.
Grace à l’utilisation d’anticorps, des molécules qui reconnaissent des protéines présentes à la surface des cellules et qui sont couplés à une molécule fluorescente, nous avons pu isoler les ILCs à partir du sang de donneurs sains et nous avons pu les cultiver en présence de cellules de vaisseaux sanguins, que l’on appelle les cellules endothéliales. De plus, les progéniteurs des ILCs ont permis l’augmentation des propriétés adhésives des cellules endothéliales. Cette interaction était fonctionnelle, puisqu’elle a provoqué l’adhésion d’un grand nombre de cellules immunitaires aux cellules endothéliales. Chez les patients avec une tumeur de la vessie, on a observé que la fréquence des progéniteurs des ILCs était réduite par rapport aux individus sains. Étonnamment, les cellules tumorales de la vessie ont impacté la capacité des progeniteurs des ILCs d’interagir de façon fonctionnelle avec les cellules endothéliales.
Nous espérons que ce travail permettra un meilleur suivi ainsi que l’utilisation des cellules lymphoïdes innées dans les futures thérapies visant les patients atteints de cancer.