Soutenance de thèse de Adeline CRINIER

Les cellules lymphoïdes innées (ILC) sont des lymphocytes effecteurs innés qui diffèrent des lymphocytes B et T par l’absence de récepteurs d'antigènes spécifiques dérivés de réarrangements génétiques. Cette famille est composée de cellules NK, de cellules inductrices de tissu lymphoïde (LTi) et d’ILCs auxiliaires ILC1, ILC2 et ILC3. Les ILCs participent à l'homéostasie et à l’immunité tissulaires. Plusieurs sous-populations de cellules NK ayant des fonctions effectrices ou des états de maturation différents ont été décrites sur la base des abondances relatives de protéines de surface spécifiques : CD16 et CD56 chez l'homme et CD27 et CD11b chez la souris. Au cours de la dernière décennie, les progrès réalisés dans le développement du séquençage ont conduit à l'augmentation de la génération de données transcriptomiques qui ont enrichi la définition des types cellulaires considérés. En particulier, le séquençage sur cellules uniques (scRNAseq) a montré que l’étude transcriptomique d’une population cellulaire uniforme phénotypiquement pouvait révéler une hétérogénéité surprenante. Une première étude menée sur des cellules NK humaines et murines isolées à partir de la rate et du sang appariés a révélé l'existence de trois populations de cellules NK spléniques chez la souris et de quatre chez l'homme. Nous avons également identifié deux populations de cellules NK dans le sang chez l’homme et la souris. Une comparaison de ces profils transcriptomiques a mis en évidence la similarité, entre les organes et les espèces, des deux populations principales : les NK1 (ressemblant aux cellules NK CD56dim chez l'homme et CD27-CD11b+ chez la souris) et les NK2 (ressemblant aux cellules NK CD56bright et CD27-CD11b+). Cette approche non-biaisée nous a permis de mieux définir la biologie des cellules NK et justifie la transposition des études murines à la physiologie et aux maladies humaines. Une deuxième étude sur des cellules NK de la moelle osseuse chez l’homme a confirmé la présence des populations NK1 et NK2 et nous a permis d’identifier une population de cellules NK adaptatives chez certains individus séropositifs pour le cytomégalovirus. Une seconde population de cellules NK CD56bright (NK0) a également été caractérisée comme précurseur des cellules NK circulantes CD56bright-NK2 et CD56dim-NK1 dans la moelle et la rate chez l’homme. Chez les patients souffrant d’une leucémie myéloïde aiguë (AML), l’analyse transcriptomique a révélé une répression des fonctions effectrices induite par le stress. Une comparaison des profils transcriptomiques des cellules NK de la moelle osseuse humaine à l'état basal et dans des conditions pathologiques a donc mis en avant une profonde altération de l'hétérogénéité des cellules NK causée par la maladie. Enfin, avec une troisième étude, nous avons décrit la caractérisation des ILC du sang et de l'intestin en conditions saines et lors d’un cancer colorectal (CCR). Nous avons montré que l'intestin sain contient des ILC1, des ILC3 et ILC3/NK, mais pas d'ILC2. Un autre sous-type d’ILC1 spécifique à la tumeur et des ILC2 infiltrants la tumeur ont été identifiés chez les patients atteints de CCR. On a constaté que SLAMF1 (membre 1 de la famille des molécules d'activation lymphocytaire de signalisation, CD150) était sélectivement exprimé sur les ILC tumorales et des niveaux plus élevés d'ILC SLAMF1+ ont été observés dans le sang des patients atteints de CCR. Enfin, une plus forte expression de SLAMF1 est associée à un taux de survie plus élevé chez des patients atteints de cancer du rectum. Le scRNAseq a donc identifié SLAMF1 comme un biomarqueur anti-tumoral du CCR, renforçant ainsi la nécessité de surveiller les ILC sanguines en conditions saines et pathologiques. Le scRNAseq apparaît donc comme un outil puissant dont les applications dans la compréhension de la diversité du microenvironnement cellulaire auront des implications significatives pour la recherche fondamentale et clinique.

Innate Lymphoid Cells (ILCs) are effector innate lymphocytes that differ from the B and T lymphocytes subsets since they lack specific antigen receptors derived from gene rearrangements. This family is composed of NK cells, lymphoid tissue inducer (LTi) cells, and the helper-like ILCs, the ILC1, ILC2, and ILC3 subsets. They play a role in regulating tissue homeostasis, and sustaining tissue immune responses. Several subsets of NK cells exhibiting different effector functions or maturation status have been described on the basis of the relative abundances of specific cell-surface markers: CD16 and CD56 in humans and CD27 and CD11b in mice. This past decade, the rapid progress made in the development of sequencing has led to an increase generation of transcriptomic datasets, thereby adding new insights to the definition of a given cell type. The development of single‐cell RNA‐seq (scRNAseq) especially has proved that the transcriptomic landscape of a uniform phenotypic cell population can define unexpected heterogeneity. With a first study conducted on human and mouse NK cells isolated from matched spleen and blood, we revealed the existence of several subpopulations of splenic NK cells, four in human and in three the mouse. We also identified two subsets of NK cells in both human and mouse blood. A comparison of these transcriptomic profiles highlighted the similarity, across organs and species, of the two major subsets, NK1 (resembling CD56dim NK cells in human and CD27-CD11b+ NK cells in mouse) and NK2 (resembling CD56bright NK cells human and CD27-CD11b+ NK cells in mouse). This unbiased approach provided insight into the biology of NK cells and established a rationale for the translation of mouse studies to human physiology and disease. With a second study on human healthy bone marrow NK cells, we confirmed the presence of NK1 and NK2 and reported an additional adaptive NK cell population in some cytomegalovirus-seropositive individuals. We also reported a second subset of CD56bright NK cells subset (NK0) identified by pseudotime algorithm as the precursor of both circulating CD56bright NK2-like and CD56dim NK1-like NK cells in the human bone marrow and the spleen. Transcriptomic profiles of bone marrow NK cells from patients with acute myeloid leukemia (AML), a bone marrow disease, revealed a stress-induced repression of NK cell effector functions relative to healthy NK cells. A comparison of the transcriptomic profiles of human bone marrow NK cells at steady state and in pathological conditions thus revealed a profound impact of the disease on NK cell heterogeneity. Lastly, with a third study, we described the single-cell characterization of blood and gut ILC subsets in healthy conditions and in colorectal cancer (CRC). We showed that healthy gut contains ILC1s, ILC3s, and ILC3/NKs, but no ILC2s. Additional tumor-specific ILC1-like and ILC2 subsets were identified in CRC patients. SLAMF1 (signaling lymphocytic activation molecule family member 1, CD150) was found to be selectively expressed on tumor-infiltrating ILCs and higher levels of SLAMF1+ ILCs were observed in the blood from CRC patients. Lastly, SLAMF1-high group of rectal cancer patients has a significantly higher survival rate than the SLAMF1-low patients. scRNAseq therefore identified SLAMF1 as an anti-tumor biomarker of CRC, re-enforcing the need of monitoring blood ILC subsets in health and disease. scRNAseq is therefore emerging as a powerful tool whose applications in understanding the cellular microenvironment diversity will have meaningful implications for both basic and clinical research.