Soutenance de thèse de Despoina PERVIZOU

Le cancer de la prostate (PCa) est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué et la deuxième cause de décès par cancer chez les hommes des sociétés occidentales. Le PCa évolue lentement, commençant par une néoplasie intraépithéliale prostatique (PIN), progressant jusqu'au stade de l'adénocarcinome et aboutissant enfin à des niches métastatiques. Récemment, le domaine de l'immunologie du cancer a été révolutionné par les inhibiteurs du point de contrôle immunitaire (ICI). Cependant, la plupart des essais d'immunothérapie ont échoué pour le cancer de la prostate et l'implication des cellules immunitaires dans le développement des tumeurs de la prostate n'a été abordée que récemment. La nouveauté de notre étude réside dans la caractérisation détaillée des cellules immunitaires résidant dans la prostate murine saine et recrutées au cours de la progression du cancer de la prostate chez les souris PTEN(i)pe-/-. Dans ce modèle de souris, le gène PTEN est délété sélectivement dans les cellules épithéliales luminales prostatiques à l'âge adulte (PSA-CreERT2), reproduisant l'occurrence et les caractéristiques du PCa humain. La progression de la tumeur est lente, atteignant le stade PIN seulement 3 mois après l'invalidation du gène, et le stade adénocarcinome après 9 mois. Ainsi, le contrôle temporel strict de la déplétion de la PTEN, la progression lente de la tumeur et son analogie avec la pathologie humaine font du modèle de souris PTEN(i)pe-/- un outil puissant pour caractériser l'infiltration immunitaire tout au long de la progression de la tumeur et pour tester des stratégies thérapeutiques. En utilisant des techniques avancées, dont le séquençage de l'ARN sur cellule unique, des modèles de souris rapportrices, la cytométrie de flux multiparamétrique et la microscopie confocale, j'ai effectué une analyse longitudinale approfondie des infiltrats myéloïdes et lymphoïdes dans la prostate murine saine et cancéreuse. Grâce à ces méthodes, j'ai établi un atlas immunitaire de haute résolution de la prostate et observé la dynamique de recrutement des certaines cellules immunes au cours du développement du PCa murin, de la néoplasie à l'adénocarcinome. Parallèlement, j'ai effectué une caractérisation avancée des différentes populations de macrophages résidant dans la prostate saine de souris, et déterminé leur localisation, leur taux de renouvellement, leur tropisme au Csf-1, ce qui représente la première exploration détaillée de cet organe. Nos résultats révèlent de profonds changements dans le compartiment immunitaire à dominante myéloïde tout au long de la progression du PCa, caractérisé par une signature immunosuppressive dominante. Les neutrophiles apparaissent comme la population dominante et sont très hétérogènes, répartis en huit états distincts. Notamment, les états ISG- et dcTRAIL-R1 prédominent aux stades PIN et adénocarcinome, respectivement, indiquant un processus de reprogrammation et de diversification fonctionnelle des neutrophiles au fur et à mesure de l'évolution de la tumeur. Le stade PIN est en outre marqué par la présence de lymphocytes T CD8 épuisés (PD1+Tim3+) et de macrophages Trem2+, ces derniers portant une forte signature métabolique et immunosuppressive. Dans l'ensemble, l'étude présentée dans cette thèse élucide la diversité et la plasticité des cellules immunitaires lors du développement du PCa, des stades précoces aux stades avancés, indiquant que les tumeurs PTEN(i)pe-/- sont à dominante myéloïde et ouvrant la voie à de nouvelles stratégies immunothérapeutiques qui bénéficieront au domaine de l'immunologie des tumeurs.

Prostate cancer (PCa) is the most commonly diagnosed cancer and the second leading cause of cancer related death among men of western societies. PCa progresses slowly, starting with Prostatic Intraepithelial Neoplasia (PIN), progressing to adenocarcinoma stage, and eventually leading to metastatic niches. Recently, the field of cancer immunology has been revolutionized by Immune Checkpoint Inhibitors (ICI). However, most immunotherapy trials for PCa have been unsuccessful and the involvement of immune cells in prostate tumor development has been only recently explored. The novelty of my PhD study lies on the comprehensive characterization of immune cells residing in healthy murine prostate and those recruited during PCa progression in PTEN(i)pe-/- mice. In this mouse model, the PTEN gene is selectively ablated in prostatic luminal epithelial cells at adulthood (PSA-CreERT2), reproducing the occurrence and features of human PCa. Importantly, tumor progression is slow, reaching the PIN stage 3 months after the gene invalidation, and the adenocarcinoma stage after 9 months. Thus, the strict temporal control of PTEN depletion together with the slow tumor progression and similarity to human PCa renders the PTEN(i)pe-/- mouse model a powerful tool for characterizing the immune infiltration throughout tumor progression and for testing therapeutic strategies. Using advanced techniques including single-cell RNA sequencing, reporter mouse models, multiparametric flow cytometry, and confocal microscopy, I conducted a comprehensive longitudinal analysis of the myeloid and lymphoid infiltrates in both healthy and cancerous murine prostate. This analysis allowed me to establish a high-resolution immune atlas of murine prostate and to observe the dynamics of immune cell recruitment during murine PCa development, from neoplasia to adenocarcinoma. Additionally, I conducted a comprehensive characterization of the different macrophage populations residing in the healthy mouse prostate, determining their localization, renewal rates, and tropism to Csf-1, representing the first detailed exploration of this organ. Our findings reveal profound changes in the myeloid-dominant immune compartment throughout PCa progression, characterized by a dominant immunosuppressive signature. Neutrophils emerge as the dominant immune cell population and exhibit high heterogeneity, resolved into eight distinct states. Notably, the ISG- and dcTRAIL-R1-states predominate at the PIN and adenocarcinoma stages, respectively, indicating a process of neutrophil reprogramming and functional diversification as the tumor evolves. The PIN stage is further marked by the presence of exhausted PD1+Tim3+CD8+ T cells and Trem2+ tumor-associated macrophages, the latter bearing a strong metabolic and immunosuppressive signature. Altogether, the study presented in this thesis elucidates to the diversity and plasticity of immune cell upon PCa development from early to late stages, indicating that PTEN(i)pe-/- tumors are myeloid dominant and paving the way for new immunotherapeutic strategies that will benefit the tumor immunology field.