Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Immunologie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Immuno-oncologie,Lymphocytes T,Optogénétique,signalisation,récepteur antagonique des cellules,

Keywords

Immuno-oncology,T cell,Optogenetics,signaling,antigenic cell receptor,

Titre de thèse

Développement d'une nouvelle classe d'Agonistes Photocontrôlables pour étudier l'activation des lymphocytes T et orienter leur activité anti-tumorales.
Development of a new class of Photocontrollable Agonists to study T cell activation and direct their anti-tumor activity.

Date

Mardi 6 Décembre 2022 à 13:30

Adresse

163 Av. de Luminy, 13009 Marseille amphi 12

Jury

Directeur de these M. Hai-tao HE Centre d'Immunologie de Marseille Luminy (CIML)
Rapporteur M. Vicenzo DI BARTOLO Institut Pasteur
Rapporteur Mme Claire HIVROZ Institut Curie / INSERM U932
Examinateur Mme Hélène MOREAU Institut Curie / INSERM U932
CoDirecteur de these M. Rémi LASSERRE Centre d'Immunologie de Marseille Luminy (CIML)
Examinateur M. Franck GALLAND Centre d'Immunologie de Marseille Luminy (CIML)

Résumé de la thèse

Les lymphocytes T (LT) jouent un rôle central dans la réponse immunitaire adaptative contre les agents pathogènes ou les cellules cancéreuses. In vivo, leur activation est initiée par des interactions séquentielles et de courte durée avec les cellules présentatrices d'antigènes (CPAs). Il est intéressant de noter que différents résultats d'activation (immunité vs. tolérance) ont été associés à différentes dynamiques d’interactions. Cependant, du fait de limitations technologiques, le lien de causalité entre la dynamique du signal et le résultat de l'activation n’est toujours pas élucidé. Mon travail de thèse a porté sur l’étude de l’influence de la dynamique des signaux d’activation du LT sur les résultats de leur activation. Le premier objectif a été de développer un nouveau type de molécules recombinantes bioactives permettant de contrôler dans l’espace et dans le temps la stimulation du récepteur à l’antigène des cellules T (TCR). En combinant un domaine Fab dérivé d’un anticorps agoniste ciblant le TCR, à un module optogénétique nous avons généré un système moléculaire appelé Light-inducible T cell engager (LiTe), qui permet de délivrer des stimulations réversibles du TCR en réponse à une exposition à la lumière. L'optogénétique est une technologie basée sur l'utilisation de domaines protéiques réagissant à la lumière pour contrôler des processus biologiques. Ainsi, le système LiTe est un système recombinant qui agit comme un interrupteur moléculaire, permettant de déclencher la signalisation du TCR dans des LT primaires de façon ciblée dans l’espace et dans le temps, grâce à l’utilisation de lumière de longueur d’onde spécifique. Le deuxième objectif portait sur l’étude de l’influence de la dynamique des signaux perçus par les LT sur leur activation. Nous avons alors appliqué notre technologie LiTe pour caractériser finement dans des LT primaires non génétiquement modifiés, l’influence de la modulation de la dynamique de stimulation du TCR, sur leur réponse. Nous avons en premier lieu testé l’efficacité du système LiTe pour induire de façon contrôlée la signalisation du TCR, ainsi que l’activation de LT primaires murins. Puis, nous avons délivré à des LT des stimulations du TCR intermittentes à l’échelle de la minute, ou continues et étudié leur réponse. Nous avons ainsi mis en évidence que les LT CD4+ répondent plus efficacement aux stimulations intermittentes que les LT CD8+. De plus, nous avons pu montrer que la dynamique de stimulation du TCR influence le panel de cytokines sécrétées par une population lymphocytaires. Alors que les stimulations continues induisent une robuste production d’IFN-g, les stimulations intermittentes favorisent la production d’IL-6 et sont délétères pour la production d’IFN-g. En conséquence, nous avons pu établir pour la première fois une relation directe de causalité entre la dynamique de stimulation du TCR et l’orientation de la réponse des LT. Enfin, le troisième objectif a été d’étendre l’application de notre agoniste du TCR photocontrôlable pour cibler l’activité cytotoxique des LT en direction de cellules tumorales, in vitro. Plus précisément, nous avons adapté le système LiTe pour produire un composé bispécifique photoinductible permettant de ponter les LT à des cellules tumorales, et ainsi induire la lyse des cellules tumorales en réponse à des stimulations lumineuses. Nous avons pu apporter une preuve de concept in vitro que notre système permet bien un ciblage par la lumière de la lyse de cellules tumorales par des LT cytotoxiques. Cette approche, permettant d’apporter un haut niveau de contrôle spatio-temporel de l’activité cytotoxique des LT, pourrait servir de base pour le développement de futures approches thérapeutiques anticancéreuses. Le contrôle de l’activité d’engageurs de cellules T bispécifiques (BiTEs), utilisé pour le traitement de différents types de cancers, constituerait un atout majeur pour limiter leurs effets secondaires systémiques.

Thesis resume

T cells play a central role in the adaptive immune response against pathogens or cancer cells. In vivo, their activation is initiated by sequential and short-lived interactions with antigen presenting cells (APCs). Interestingly, different activation outcomes (immunity vs. tolerance) have been associated with different interaction dynamics. However, due to technological limitations, the causal link between signal dynamics and activation outcome is still not elucidated. My thesis work focused on the study of the influence of the dynamics of T cell activation signals on their activation outcome. The first objective was to develop a new type of bioactive recombinant molecules allowing to control in space and time the stimulation of the T cell antigen receptor (TCR). By combining a Fab domain derived from a TCR-targeting agonist antibody with an optogenetic module, we generated a molecular system called Light-inducible T cell engager (LiTe). LiTe can deliver reversible TCR stimulation in response to light exposure. Optogenetic is a technology based on the use of light-responsive protein domains to control biological processes. Thus, the LiTe system is a recombinant system that acts as a molecular switch, allowing TCR signaling in primary T cell to be triggered in a spatially and temporally targeted manner through the use of wavelength-specific light. The second objective was to study the influence of the dynamics of the signals perceived by T cells on their activation. We applied our LiTe technology to characterize in detail the influence of the modulation of the TCR stimulation dynamics on the response of primary non-genetically modified T cell. We first evaluated the efficiency of the LiTe system to controllably induce TCR signaling and activation of murine primary T cell. Then, we delivered intermittent minute-scale or continuous TCR stimulations to T cells and analyzed their response. We have shown that CD4+ T cell respond more efficiently to intermittent stimulation than CD8+ T cell. Moreover, we were able to show that the dynamics of TCR stimulation influences the panel of cytokines secreted by a lymphocyte population. While continuous stimulation induces a robust production of IFN-g, intermittent stimulation favors the production of IL-6 and is deleterious for IFN-g production. As a result, we were able to establish for the first time a direct causal relationship between the dynamics of TCR stimulation and the orientation of the T cell response. Finally, the third objective was to extend the application of our photocontrollable TCR agonist to target cytotoxic T cell activity towards tumor cells, in vitro. Specifically, we adapted the LiTe system to produce a photoinducible bispecific compound to bridge T cell to tumor cells, thereby inducing tumor cell lysis in response to light stimuli. We were able to provide a proof of concept that our system allows light targeting tumor cell lysis by cytotoxic T cell. This approach, which provides a high level of spatio-temporal control of cytotoxic T cell activity, could serve as a basis for the development of future anti-cancer therapeutic approaches. Controlling the activity of bispecific T cell activators (BiTEs), used for the treatment of different types of cancers, would be a major asset to limit their systemic side effects.