Soutenance de thèse de Yunhao ZHAI

Bien que le récepteur de l’antigène des lymphocytes T (TCR) occupe une place centrale dans l’activation des lymphocytes T, il ne fonctionne pas isolément et les signaux qu’il déclenche sont modulés par ceux émanant de plusieurs autres récepteurs de surface qui délivrent des signaux positifs (costimulateurs) et négatifs (coinhibiteurs) reflétant l'état d'activation des cellules présentatrices d’antigènes. De manière importante, les récepteurs co-inhibiteurs aident à mettre fin aux réponses immunitaires et à prévenir l’auto-immunité. De plus, les cellules cancéreuses peuvent utiliser à leur profit certains de ces récepteurs inhibiteurs pour échapper aux réponses des cellules T anti-tumorales. Les anticorps thérapeutiques capables de bloquer l’action des récepteurs co-inhibiteurs (inhibiteurs de points de contrôle immunitaires) sont ainsi devenus un traitement standard du mélanome métastatique, ce qui a permis de relancer l'étude des mécanisnes de co-inhibition et de costimulation des cellules T. Parmi les récepteurs co-inhibiteurs, PD-1 et BTLA sont liés de manière évolutive et coexprimés sur les cellules T CD8+ spécifiques d’antigène tumoraux tant chez l’homme que la souris. Ceci suggère que BTLA peut probablement remplacer PD-1 dans des conditions où les inhibiteurs de points de contrôle immunitaires ciblent PD-1. Afin de déterminer si PD-1 et BTLA exerçent des fonctions redondantes au cours des réponses des cellules T, nous avons développé et validé deux modèles de souris génétiquement modifiées (souris PD-1-OST et BTLA-OST) dans lesquelles les molécules PD-1 et BTLA expriment une étiquette génétique à leur extrémité carboxy-terminale. Ceci permet de pouvoir les soumettre à une purification par affinité et de déterminer par une analyse par spectrométrie de masse la composition des complexes protéiques de signalisation (signalosomes) s’assemblant autour de PD-1 et BTLA dans des cellules T primaires. Nous avons en parallèle établi un modèle ‘in vitro’ basé sur des cellules présentatrices d'antigènes (Raji) et des cellules T (Jurkat) afin d’étudier le signalosome de PD-1 dans des conditions de stimulation plus physiologiques. Sur la base de ces deux approches complémentaires, nous avons résolu la controverse existante concernant le rôle des protéines tyrosine phosphatases SHP-1 et SHP-2 dans la médiation de la co-inhibition PD-1. PD-1 recrute principalement SHP-2, mais lorsqu'il est absent, il recrute SHP-1 et reste fonctionnel. En revanche, BTLA recrute principalement SHP-1 et, dans une moindre mesure, SHP-2. En analysant séparément les complexes PD-1-SHP-1 et PD-1-SHP-2, nous avons montré qu’ils atténuent à la fois les voies de signalisation du TCR et du CD28. En conclusion,, notre travail de thèse montre comment la comparaison des mécanismes de signalisation des récepteurs co-inhibiteurs via une approche d’interactomique quantitative dans des cellules T primaires révèle l'ampleur de leur redondance et fournit une justification pour la conception de combinaisons d'anticorps bloquants dans l'immunothérapie des cancers.

Although the T cell antigen receptor (TCR) occupies a central place in T cell activation, it does not work in isolation and the signals it triggers are tuned by several other surface receptors that deliver positive (costimulators) and negative (coinhibitors) signals reporting on the state of activation of antigen-presenting cells. Importantly, coinhibitory receptors help to terminate immune responses and also prevent autoimmunity. In addition, cancer cells can use some of these inhibitory receptors to evade anti-tumoral T cell responses. Therapeutic antibodies (immune-checkpoint inhibitors) blocking coinhibitors have thus become standard treatment for metastatic melanoma, leading to a revival in the study of T cell coinhibition and costimulation. Among coinhibitory receptors, PD-1 and BTLA are evolutionary related, and coexpressed on human and mouse tumor-antigen specific CD8+ T cells. Accordingly, BTLA can likely substitute for PD-1 in conditions where immune-checkpoint inhibitors target PD-1. To investigate whether PD-1 and BTLA exert redundant functions during T cell responses, we developed and validated two gene targeted mouse models (PD-1OST and BTLAOST mice) in which PD-1 and BTLA molecules expressed a genetic tag at their carboxy-terminus. These mice permitted us to perform Affinity Purification coupled with Mass-Spectrometry (AP-MS) analysis of PD-1 and BTLA molecules in primary T cells and defined at an unprecedented level of resolution the composition and dynamics of the PD-1 and BTLA coinhibitory signalosomes in primary effector T cells. We also established a T cell (Jurkat)-antigen presenting cell (Raji) system to study the PD-1 signalosome in more physiological stimulation condition. Based on these two complementary approaches, we solved the existing controversy regarding the role of the SHP-1 and SHP-2 protein-tyrosine phosphatases in mediating PD-1 coinhibition. PD-1 predominantly recruits SHP-2, but when absent, it recruits SHP-1 and remains functional. In contrast, BTLA predominantly recruits SHP-1 and to a lower extent SHP-2. By separately analyzing the PD-1-SHP-1 and PD-1-SHP-2 complexes, we show that both dampen the TCR and CD28 signaling pathways equally. Therefore, our study illustrates how comparison of coinhibitory receptor signaling via quantitative interactomics in primary T cells unveils their extent of redundancy and provides a rationale for designing combinations of blocking antibodies in cancer immunotherapy based on undisputed modes of action.