Academic literature on the topic 'Immune environnement'

Le Myélome Multiple (MM) est un cancer hématologique dont la cellule tumorale dérive du plasmocyte à longue durée de vie. Cette pathologie est caractérisée par une forte hétérogénéité à divers niveaux. Cette hétérogénéité comprend des altérations intrinsèques et extrinsèques aux tumeurs, lesquelles ont un impact sur le pronostic des patients et leurs réponses aux traitements. L’apparition des technologies de séquençage en cellule unique nous permet aujourd’hui d’explorer de nouveaux aspects de cette diversité. Les travaux présentés ici explorent dans un premier temps la diversité de réponse à la dexaméthasone au sein de la lignée MM.1S de MM. Ces travaux montrent qu’au sein de cette population tumorale homogène il existe une diversité de réponse au traitement. Dans un second temps nous avons travaillé sur le MM et son environnement immunitaire à l’échelle de la cellule unique. Afin de mieux comprendre comment l’environnement immunitaire évolue au cours de la maladie mais aussi sous la pression des traitements. Cet aspect est d’autant plus essentiel que les traitements les plus récents impliquent directement l’environnement immunitaire en le redirigeant contre la tumeur. Mieux caractériser l’environnement immunitaire pourrait donc permettre de mieux prédire la réponse aux traitements mais aussi leurs conséquences pour l’environnement immunitaire<br>Multiple myeloma (MM) is a hematological cancer in which the tumor cell is derived from the long-lived plasma cell. This pathology is characterized by strong heterogeneity at various levels. This heterogeneity includes alterations intrinsic and extrinsic to tumors, which have an impact on patient prognosis and response to treatment. The development of single-cell sequencing technologies has enabled us to explore new aspects of this diversity. The work presented here first explores the diversity of response to dexamethasone within the MM.1S cell line of MM. This work shows that within this homo- geneous tumoral population there is a diversity of response to treatment. Secondly, we worked on MM together with its immune environment at the single-cell level. In order to better understand how the immune environment evolves during the course of the disease, but also under the pressure of treatment. This as- pect is even more essential as the most recent treatments directly involve the immune environment by redirecting it against the tumor. A better characterization of the immune environment could therefore enable us to better predict the response to treatments, as well as their consequences for the immune environment

Le microenvironnement des tumeurs est composé de cellules immunitaires, de fibroblastes et de cellules endothéliales, ainsi que d’autres cellules non-malignes. Son étude a permis d’établir des classifications qui ont une valeur pronostique et théranostique, ainsi que de développer des traitements modulant la composition et l’orientation fonctionnelle du microenvironnement. En parallèle, des classifications moléculaires des tumeurs ont proposé des taxonomies stratifiant les cancers humains en sous-groupes associés à des différences de survie des patients et leur réponse aux traitements. Des études récentes suggèrent que le phénotype de la cellule cancéreuse est un facteur critique dans le façonnement du microenvironnement tumoral, suggérant un possible consensus entre les classifications immunitaires et moléculaires. Le but de cette thèse était donc de caractériser le microenvironnement des sous-groupes moléculaires de tumeurs humaines. Le cancer colorectal a été le premier cancer humain dans lequel il a été mis en évidence qu’une réponse immunitaire adaptative était associée à un contrôle de la croissance tumorale, et représente ainsi un exemple type pour l’immunologie des tumeurs. A l’inverse, le carcinome du rein à cellules claires est une exception vis-à-vis de l’immunologie des tumeurs, puisqu’une forte réponse immunitaire adaptative y est associée à des tumeurs plus agressives. Des classifications transcriptomiques ont été récemment établies pour ces deux cancers, qu’à première vue tout oppose sur le plan immunitaire. Dans ce travail, je propose une méthode permettant l’étude du microenvironnement tumoral à partir de données transcriptomiques, et décris son application à l’étude du contexte immunitaire des cancers colorectaux et du rein à cellules claires. Ces analyses suggèrent qu’une unification des classifications moléculaires et immunitaires des tumeurs humaines est possible, remettent en cause notre conceptualisation des liens entre la composition du microenvironnement tumoral et le pronostic du patient, et évoque des pistes immunothérapeutiques potentiellement adaptées à certains sous-groupes de patients dans ces cancers<br>Tumors grow within a complex microenvironment composed of immune cells, fibroblasts, endothelial cells and other non-malignant cells. The study of the composition of tumor microenvironments has led to classifications with prognostic and theranostic values, as well as the discovery of treatments modulating the composition and the functional orientation of the microenvironment. Concurrently, molecular classifications of tumors have proposed taxonomies within cancers that define groups of patients with different prognoses and are associated with response to treatments. Recent evidence suggest that the phenotype of the malignant cell is a critical determinant in the shaping of its microenvironment, suggesting potential correlations between immune and molecular classifications. The goal of this PhD project was therefore to analyze the microenvironment of molecularly-classified human tumors. Colorectal cancer represents a paradigm for tumor immunology, as it is the humancancer in which it was exemplified that an adaptive immune response can control tumor Growth and metastasis. Conversely, clear-cell renal cell carcinoma represents an exception in tumor immunology, as an extensive adaptive immune response is associated with more aggressive diseases. Molecular transcriptomic classifications were recently proposed for both of these apparently immunologically contrasted cancers. In this work, I propose a methodology that enables the characterization of the tumor microenvironment using transcriptomic data, and apply it to describe the immune contexture of molecular subgroups of colorectal and clear-cell renal cell carcinomas. These analyses argue in favor of the unification of molecular and immune classifications of human cancers, challenge our current views of the relationship between the composition of the tumor microenvironment and patient’s prognosis, and suggest immunotherapeutic approaches that could benefit subgroups of patients in these two cancers

Quatre études épidémiologiques menées en Afrique ont montré que les enfants issus de mères ayant un placenta infecté par Plasmodium falciparum lors de l’accouchement font des infections palustres plus précocement que les autres enfants. Le fœtus serait sensibilisé in utero par les parasites infectants et développerait par la suite une tolérance aux infections palustres. Cette hypothèse nous conduit à supposer que i) la réponse anticorps spécifique de P. falciparum est différente chez les enfants en fonction du statut infectieux du placenta des mères à l’accouchement et ii) que cette sensibilité ne pourrait être induite que par les antigènes parasitaires porteurs des mêmes polymorphismes que ceux rencontrés in utero. Un troisième projet a consisté au développement d’une méthodologie permettant de distinguer les anticorps maternels de ceux néo-synthétisés par l’enfant dans le but de mesurer précisément l’acquisition de la réponse anticorps élaborée par l’enfant dès son plus jeune âge. Nous avons mis en place le suivi régulier et rapproché d’une cohorte de 620 nouveau-nés de la naissance à 18 mois au Bénin. Nous avons mesuré leurs réponses anticorps dirigées contre sept antigènes de P. falciparum candidats vaccins et constaté que le processus de maturation immunitaire commence à être mis en place à l’âge de 18 mois. L’infection palustre placentaire ne semble pas influer sur l’acquisition de la réponse anticorps spécifique jusqu’à 18 mois de vie. La méthodologie de distinction des anticorps maternels et néo-synthétisés a été validée. La caractérisation des polymorphismes des antigènes parasitaires présents à l’accouchement et pendant le suivi des enfants, mis en relation avec les données environnementales, a permis de valider en partie l’hypothèse de tolérance immunitaire<br>Four epidemiological studies showed that infants born from mothers with Plasmodium falciparum placental malaria at delivery present a higher susceptibility to plasmodial infections than others. In connection with this observation, we hypothesized that i) the infants’ P. falciparum specific antibody responses are different according to presence or absence of placental malaria at delivery in their mothers and ii) susceptibility could only be induced by antigens that bring the same polymorphisms as those found in infected mothers. Another project consisted to develop a new methodology to distinguish maternal and neonatal antibodies in order to measure accurately neo-synthesized antibodies in the first months of life. A birth cohort of 620 newborns was established in an area endemic for malaria. Infants were followed-up until 18 months of age and their antibody responses specific for 7 P. falciparum antigens were quarterly measured. The emergence of the immune maturation process was observed in 18-months-infants. The acquisition of specific antibody responses was not impacted by placental malaria. The new methodological approach leading to distinguish maternal and neonatal antibodies was validated. The genetic characterization of the parasite antigen polymorphisms in mothers at delivery and their infants during the follow-up, in link to environmental data, led partially to the validation of the immune tolerance hypothesis

Les tumeurs sont composées de cellules malignes et d'une grande variété de cellules non-tumorales, en particulier des cellules immunitaires qui forment le micro-environnement tumoral (MET). Il a été démontré que la composition du MET était associée au devenir clinique des patients, en termes de survie et de réponses thérapeutiques. Avec le développement récent des immunothérapies qui ciblent des éléments spécifiques du MET, l'immunité anti-tumorale a soulevé un intérêt majeur. Plusieurs méthodologies ont été mises au point afin d'étudier la composition du MET, avec une précision toujours plus grande. En particulier, des méthodes comme MCP-counter permettent d'exploiter les données transcriptomiques de la tumeur entière afin de quantifier les différentes populations qui composent le MET. Le volet méthodologique de ce travail de thèse a ainsi consisté à proposer une amélioration de MCP-counter, en particulier pour l'analyse de données RNA-Seq. Une adaptation de la méthode pour des données issues de modèles murins (mMCP-counter) est également proposée. MCP-counter permet d'analyser rapidement le MET de larges séries de tumeurs. Un second volet de cette thèse consiste en l'application de cette méthode pour établir une classification immunitaire des sarcomes des tissus mous, un type de cancer rare, hétérogène et agressif. Cette classification immunitaire a permis de mettre en évidence des groupes de tumeurs faiblement ou fortement infiltrés, ainsi qu'un groupe marqué par une forte vascularisation. De manière intéressante, la classification immunitaire permet de prédire la réponse des patients aux immunothérapies. Ce travail a aussi démontré un rôle important des structures lymphoïdes tertiaires (SLT). Les SLT sont des structures de type noeud lymphatique composées de lymphocytes B et T qui se forment dans la tumeur ou à proximité de celle-ci. Au sein des SLT, une réponse immunitaire anti-tumorale peut se former et maturer. L'intérêt porté aux SLT est de plus en plus important pour de nombreux types de cancers. Dans la plupart des types de cancer, une forte infiltration de la tumeur par des lymphocytes T, en particulier CD8+, est associée à une meilleure survie des patients. Cependant, le carcinome rénal à cellules claires et le cancer de la prostate sont des exceptions à cette règle. En effet, dans ces deux cancers urologiques, la présence dans la tumeur de lymphocytes T est associée à une survie plus courte des patients, ainsi qu'à une rechute et une progression plus précoce. Ces exceptions sont détaillées dans une troisième partie de cette thèse, par une description minutieuse du MET, ainsi que par l'analyse de l'implication du système du complément. Dans leur ensemble, les résultats présentés dans cette thèse démontrent qu'en combinant différentes méthodes d'analyse, in silico, in situ et in vivo, il est possible d'obtenir une vision extrêmement complète du MET. La connaissance des types cellulaires présents dans la tumeur ainsi que leur orientation fonctionnelle permet de guider le soin apporté aux patients et d'améliorer leur devenir clinique. La description complète du MET ouvre la voie à une médecine personnalisée pour les patients atteints de cancer<br>Tumors are composed not only of malignant cells but also contain a vast variety of non-malignant cells, notably immune cells forming the tumor microenvironment (TME). The composition of the TME was shown to be associated with clinical outcome for cancer patients, in terms of survival and therapeutic responses. With the relatively recent development of immunotherapies targeting specific elements of the TME, tumor immunology has risen a strong interest and holds a strong therapeutic potential. Several methodologies have been developed to study the composition of the TME with an increased precision. Notably, some methods such as MCP-counter enable the use of the tumor bulk transcriptome to quantify cell populations composing the TME. The methodological aspect of this PhD project consisted in setting up an enhanced version of MCP-counter that can be readily applied to RNA-Seq data, as well as propose an adaptation of the method for mouse models. Using MCP-counter, the TME of large series of tumors can be easily analyzed. The application part of this PhD work consisted of applying MCP-counter to establish an immune-based classification of soft-tissue sarcoma, a rare, aggressive and heterogeneous cancer type. The immune classification notably allowed to identify immune low and high groups, and a group characterized by a strong vasculature. Interestingly, the classification was notably found to be predictive of the patients' response to immunotherapies. It also highlighted an important role of tertiary lymphoid structures (TLS). TLS are lymph-node-like structures composed of T and B cells that form within the tumor or in close proximity. They are a site of formation and maturation of antitumoral immune responses. TLS are raising a growing interest in many malignancies. In most cancer types, a strong infiltration by T cells, in particular CD8+ T cells, is associated with a favorable clinical outcome. However, clear-cell renal cell carcinoma and prostate cancer are exceptions to this general rule. Indeed, in these urological cancers, an increased infiltration by T cells is associated with a decreased patient survival and with earlier relapse and disease progression. In a third part of this thesis, these exceptions are investigated with more details by scrutinizing the TME, and questioning the implication of the complement system. Overall, this thesis presents how the combination of several analysis methods, in silico, in situ and in vivo, can help achieve an extremely precise description of the TME. Knowing accurately what cell populations and what their functional orientation can help guide patients care and improve clinical outcome. Complete description of the TME opens the way towards personalized medicine for cancer patients

L’implication du microbiote intestinal dans le développement du cancer colorectal (CCR) et dans la réponse aux traitements anti-cancéreux est de plus en plus évidente. Plusieurs études indépendantes ont montré que la muqueuse intestinale de patients atteints de CCR est anormalement colonisée par des souches d’Escherichia coli pouvant présenter des propriétés invasives et ayant acquis des facteurs de virulence. Plus de la moitié de ces souches sont porteuses de l’îlot pks responsable de la synthèse d’une génotoxine : la colibactine, qui peut interférer directement avec l’ADN ou avec le cycle cellulaire des cellules de l’hôte, et générer des mutations. Plusieurs études indépendantes sur différents modèles animaux de CCR ou sur lignées cellulaires ont décrit d’autres mécanismes d’action de ces bactéries qui pourraient jouer un rôle dans la carcinogenèse colique : interactions avec le système immunitaire et l’inflammation et induction de la sénescence cellulaire qui s’accompagne de la libération de facteurs de croissance ayant un effet pro-tumoral sur les cellules épithéliales. Cependant, faute de lien entre ces études physiopathologiques parcellaires, l’étude de l’association des bactéries E. coli avec le CCR doit être poursuivie. Le but de ces travaux de thèse était de préciser l’effet d’une infection chronique par E. coli colibactine-positive, notamment sur le micro-environnement immunitaire colique et son implication sur la carcinogenèse colique, et sur l’efficacité anti-tumorale d’une stratégie d’immunothérapie ciblant le checkpoint immunologique PD-1. Afin d’étudier les interactions microbiote-système immunitaire-hôte, nous avons choisi de travailler sur le modèle APCMin/+, modèle murin de référence du CCR. Dans un premier temps, nous avons développé et validé une nouvelle méthode pour quantifier les cellules immunitaires dans le côlon de ce modèle. Cette méthode, basée sur des marquages immunofluorescents et une analyse numérique d’image dotée d’un apprentissage automatique (dit « machine learning »), nous a permis de distinguer, quantifier et localiser ces cellules dans trois compartiments d’intérêt d’une section colique entière : la muqueuse, les follicules lymphoïdes et les tumeurs. Après validation, cette méthode d’imagerie nous a permis d’obtenir une analyse précise de l’environnement immunitaire colique dans le modèle de souris APCMin/+ chroniquement infectées par une souche E. coli colibactine positive isolée d’une muqueuse de patients CCR. Nous avons montré in vivo que cette bactérie induit un environnement pro-carcinogène dépendant de la présence de la colibactine, avec une augmentation de populations pro-inflammatoires telles que les neutrophiles et d’enzyme pro-inflammatoire (myéloperoxydase), accompagnée de la diminution de cytokines antiinflammatoires. Ce contexte procarcinogène est renforcé par la diminution des Lymphocytes T (LT) anti-tumoraux dans la muqueuse et la tumeur. Cet effet a également été observé chez les patients atteints de CCR porteurs de souches E. coli colibactine-positives avec une baisse de la population des LT CD3+. Enfin, nous avons démontré qu’une infection par E. coli colibactine-positives induit une résistance à une immunothérapie anti-tumorale ciblant le checkpoint immunologique PD-1. Ces résultats suggèrent que la diminution des LT induite par l’infection chronique du tube digestif par des E. coli colibactine-positives pourrait être liée à cette résistance au traitement. Ainsi, les travaux effectués lors de cette thèse permettent de confirmer le rôle clé de certaines bactéries du microbiote intestinal et du dialogue complexe de celui-ci avec le système immunitaire, dans la carcinogenèse colique et la réponse aux traitements anti-cancéreux. (...)<br>Multiple evidences show the role of microbiota in colorectal cancer (CRC) development and anti-tumor drug responses. Various independent studies demonstrated that Escherichia coli strains with specific invasive properties and virulence factors abnormally colonize CRC patient mucosa. More than half of these strains harboring the pks pathogenic island coding for the synthesis of a genotoxin named colibactin. This genotoxin can impair directly DNA synthesis or cellular cycle and provokes genomic instability. Many different studies highlighted others bacteria-associated mechanisms leading to colorectal carcinogenesis as crosstalk between immune responses, inflammatory events, and/or cell senescence induction. However, the mechanisms by which CRC-associated E. coli promote colorectal carcinogenesis are diverse and some-what specific to the animal models and the microbial status of the animals (germ-free or Specific Pathogen Free). However, modulation of immune response and inflammation seems to play a central role in these mechanisms.The aim of this work was to evaluate the impact of chronic infection by colibactin-positive E. coli in a CRC reference model, the APCMin/+ mice colon focusing on inflammation and immune cells. First, we developed and validated an innovative method to quantify immune cells in APCMin/+ mice, based on immunostainings and digital image analysis. Thanks to the machine learning approach, we succeeded to precisely discriminate, quantify and localize these cells in three regions of interest: mucosa, lymphoid follicle and tumor. After the complete validation of this new method, we accurately examined the impact of a chronic infection with a colibactin-positive E. coli strain isolated from a CRC patient, on the APCMin/+ colon immune microenvironment. Particularly, we demonstrated the induction of a pro-carcinogenic environment by these bacteria in vivo, in a colibactin dependent manner, with both an increase of the pro-inflammatory neutrophil enzyme (myeloperoxydase) and cells, and a decrease of anti-inflammatory cytokines. This carcinogenesis-associated context is emphasized by the decrease of anti-tumor T cells in colon mucosa and tumor. This phenomenon is equally observed in CRC patients, with a decrease of T cells in patient tumors, which are harboring the colibactin-positive E. coli. Finally, we demonstrated for the first time that colibactin-positive E. coli infection induce resistance to an anti-tumor immunotherapy treatment based on PD-1 immune checkpoint blockade. Our results suggest that the decrease of T cells induce by colibactin-positive E. coli chronic infection could lead to the impairment of an immunotherapy response. To conclude, this thesis work confirms the crosstalk between some specific bacteria from intestine microbiota and the immune system in carcinogenesis and anti-tumor drug efficacy. In longer term, these results suggest that the colibactin-positive E. coli presence could be used as a poor prognosis biomarker in CRC and particularly to predict response to anti-PD-1 immunotherapy

Quatre études épidémiologiques menées en Afrique ont montré que les enfants issus de mères ayant un placenta infecté par Plasmodium falciparum lors de l'accouchement font des infections palustres plus précocement que les autres enfants. Le fœtus serait sensibilisé in utero par les parasites infectants et développerait par la suite une tolérance aux infections palustres. Cette hypothèse nous conduit à supposer que i) la réponse anticorps spécifique de P. falciparum est différente chez les enfants en fonction du statut infectieux du placenta des mères à l'accouchement et ii) que cette sensibilité ne pourrait être induite que par les antigènes parasitaires porteurs des mêmes polymorphismes que ceux rencontrés in utero. Un troisième projet a consisté au développement d'une méthodologie permettant de distinguer les anticorps maternels de ceux néo-synthétisés par l'enfant dans le but de mesurer précisément l'acquisition de la réponse anticorps élaborée par l'enfant dès son plus jeune âge. Nous avons mis en place le suivi régulier et rapproché d'une cohorte de 620 nouveau-nés de la naissance à 18 mois au Bénin. Nous avons mesuré leurs réponses anticorps dirigées contre sept antigènes de P. falciparum candidats vaccins et constaté que le processus de maturation immunitaire commence à être mis en place à l'âge de 18 mois. L'infection palustre placentaire ne semble pas influer sur l'acquisition de la réponse anticorps spécifique jusqu'à 18 mois de vie. La méthodologie de distinction des anticorps maternels et néo-synthétisés a été validée. La caractérisation des polymorphismes des antigènes parasitaires présents à l'accouchement et pendant le suivi des enfants, mis en relation avec les données environnementales, a permis de valider en partie l'hypothèse de tolérance immunitaire.

Les tumeurs rhabdoïdes (TR) constituent un rare cancer indifférencié du jeune enfant et du nourrisson, avec un âge médian au diagnostic de 20 mois. Ces tumeurs sont caractérisées par une inactivation biallélique du gène suppresseur de tumeur SMARCB1, un des membres du complexe SWI/SNF, acteur majeur du remodelage de la chromatine, sans autre altération génomique récurrente. Le pronostic des TR est péjoratif, le taux de survie globale atteignant 30% dans la plupart des séries, malgré des approches thérapeutiques conventionnelles particulièrement agressives. Les approches d’immunothérapies ont obtenu un succès certain dans certains cancers de l’adulte, et récentes analyses de l’infiltrat immun des cancers pédiatriques ne montrent pas un fort taux de tumeurs infiltrées à l’exception de rare types de cancers dont les TR intracrâniennes. Nous avons donc procédé à une analyse multimodale de l’infiltrat immun de cohortes de patients ainsi que d’un modèle de TR murines établi dans notre laboratoire. Nous avons identifié une forte proportion de tumeurs infiltrées dans certains sous-groupes de TR. Cet infiltrat était composé à la fois de cellules myéloïdes incluant des populations au phénotype immunosuppresseur, et lymphocytaires T notamment de phénotype résident mémoire caractérisées par une forte expansion clonale probablement spécifique d’un antigène tumoral. Nous avons identifié des cibles thérapeutiques communes aux tumeurs humaines et au modèle murin syngénique, et trouvé que cibler l’infiltrat lymphocytaire T ou myéloïde était susceptible d’induire une réponse tumorale complète avec induction d’une mémoire immunitaire, confirmant le caractère immunogénique des TR, et apportant de nouvelles stratégies thérapeutiques utiles en clinique. Enfin, nous avons identifié que les TR étaient le site d’une réexpression de rétrovirus endogènes, dépendante de celle de SMARCB1, avec activation des voies de l’interféron, apportant une base à une immunogénicité des TR issue du génome non codant<br>Rhabdoid tumors (RT) are highly undifferentiated cancers occurring in infancy and early childhood, with a median age at diagnosis about 20 months. These tumors are characterized by the biallelic inactivation of SMARCB1 tumor suppressor gene, core member of the SWI/SNF complex, one major chromatin remodeling actor, in an otherwise highly stable genome. The prognosis of RT is dismal with overall survival hardly reaching 30% in most series, despite particularly aggressive conventional treatment. Immunotherapy approaches has gained a striking success within some adult cancer types and recent analyses of immune cell content of pediatric cancers don’t reveal a high rate of infiltrated tumors, except in few tumor types such as intracranial rhabdoid tumors. Then, we conducted a comprehensive analysis of the immune context of both human RT cohorts and a mouse RT model, including at single cell level. We identified a high recurrence of infiltrated tumors, in a RT-subgroup related manner, composed of both myeloid cells including cells with immune suppressive phenotypes, and T cells with notably a tissue resident memory phenotype demonstrating a high clonal expansion highly suggestive of immunogenicity. We identified common targetable immune populations between human and mouse RTs, and found that targeting both T and myeloid infiltrating cells was able to induce complete anti-tumor response with induced memory, confirming the immunogenic properties of RTs, and identifying new therapeutic strategies of clinical relevance. We finally identified that RTs were the site of SMARCB1-dependent endogenous retroviruses reexpression, with subsequent activation of interferon signaling, likely triggering the immune response in the context of RT, and providing a basis of non-coding genome-driven immunogenicity for these tumors

Les tumeurs sont entourées d'un microenvironnement complexe comprenant des cellules tumorales, des fibroblastes et une diversité de cellules immunitaires. Avec le développement actuel des immunothérapies, la compréhension de la composition du microenvironnement tumoral est d'une importance critique pour effectuer un pronostic sur la progression tumorale et sa réponse au traitement. Cependant, nous manquons d'approches quantitatives fiables et validées pour caractériser le microenvironnement tumoral, facilitant ainsi le choix de la meilleure thérapie. Une partie de ce défi consiste à quantifier la composition cellulaire d'un échantillon tumoral (appelé problème de déconvolution dans ce contexte), en utilisant son profil omique de masse (le profil quantitatif global de certains types de molécules, tels que l'ARNm ou les marqueurs épigénétiques). La plupart des méthodes existantes utilisent des signatures prédéfinies de types cellulaires et ensuite extrapolent cette information à des nouveaux contextes. Cela peut introduire un biais dans la quantification de microenvironnement tumoral dans les situations où le contexte étudié est significativement différent de la référence. Sous certaines conditions, il est possible de séparer des mélanges de signaux complexes, en utilisant des méthodes de séparation de sources et de réduction des dimensions, sans définitions de sources préexistantes. Si une telle approche (déconvolution non supervisée) peut être appliquée à des profils omiques de masse de tumeurs, cela permettrait d'éviter les biais contextuels mentionnés précédemment et fournirait un aperçu des signatures cellulaires spécifiques au contexte. Dans ce travail, j'ai développé une nouvelle méthode appelée DeconICA (Déconvolution de données omiques de masse par l'analyse en composantes immunitaires), basée sur la méthodologie de séparation aveugle de source. DeconICA a pour but l'interprétation et la quantification des signaux biologiques, façonnant les profils omiques d'échantillons tumoraux ou de tissus normaux, en mettant l'accent sur les signaux liés au système immunitaire et la découverte de nouvelles signatures. Afin de rendre mon travail plus accessible, j'ai implémenté la méthode DeconICA en tant que librairie R. En appliquant ce logiciel aux jeux de données de référence, j'ai démontré qu'il est possible de quantifier les cellules immunitaires avec une précision comparable aux méthodes de pointe publiées, sans définir a priori des gènes spécifiques au type cellulaire. DeconICA peut fonctionner avec des techniques de factorisation matricielle telles que l'analyse indépendante des composants (ICA) ou la factorisation matricielle non négative (NMF). Enfin, j'ai appliqué DeconICA à un grand volume de données : plus de 100 jeux de données, contenant au total plus de 28 000 échantillons de 40 types de tumeurs, générés par différentes technologies et traités indépendamment. Cette analyse a démontré que les signaux immunitaires basés sur l'ICA sont reproductibles entre les différents jeux de données. D'autre part, nous avons montré que les trois principaux types de cellules immunitaires, à savoir les lymphocytes T, les lymphocytes B et les cellules myéloïdes, peuvent y être identifiés et quantifiés. Enfin, les métagènes dérivés de l'ICA, c'est-à-dire les valeurs de projection associées à une source, ont été utilisés comme des signatures spécifiques permettant d'étudier les caractéristiques des cellules immunitaires dans différents types de tumeurs. L'analyse a révélé une grande diversité de phénotypes cellulaires identifiés ainsi que la plasticité des cellules immunitaires, qu'elle soit dépendante ou indépendante du type de tumeur. Ces résultats pourraient être utilisés pour identifier des cibles médicamenteuses ou des biomarqueurs pour l'immunothérapie du cancer<br>Tumors are engulfed in a complex microenvironment (TME) including tumor cells, fibroblasts, and a diversity of immune cells. Currently, a new generation of cancer therapies based on modulation of the immune system response is in active clinical development with first promising results. Therefore, understanding the composition of TME in each tumor case is critically important to make a prognosis on the tumor progression and its response to treatment. However, we lack reliable and validated quantitative approaches to characterize the TME in order to facilitate the choice of the best existing therapy. One part of this challenge is to be able to quantify the cellular composition of a tumor sample (called deconvolution problem in this context), using its bulk omics profile (global quantitative profiling of certain types of molecules, such as mRNA or epigenetic markers). In recent years, there was a remarkable explosion in the number of methods approaching this problem in several different ways. Most of them use pre-defined molecular signatures of specific cell types and extrapolate this information to previously unseen contexts. This can bias the TME quantification in those situations where the context under study is significantly different from the reference. In theory, under certain assumptions, it is possible to separate complex signal mixtures, using classical and advanced methods of source separation and dimension reduction, without pre-existing source definitions. If such an approach (unsupervised deconvolution) is feasible to apply for bulk omic profiles of tumor samples, then this would make it possible to avoid the above mentioned contextual biases and provide insights into the context-specific signatures of cell types. In this work, I developed a new method called DeconICA (Deconvolution of bulk omics datasets through Immune Component Analysis), based on the blind source separation methodology. DeconICA has an aim to decipher and quantify the biological signals shaping omics profiles of tumor samples or normal tissues. A particular focus of my study was on the immune system-related signals and discovering new signatures of immune cell types. In order to make my work more accessible, I implemented the DeconICA method as an R package named "DeconICA". By applying this software to the standard benchmark datasets, I demonstrated that DeconICA is able to quantify immune cells with accuracy comparable to published state-of-the-art methods but without a priori defining a cell type-specific signature genes. The implementation can work with existing deconvolution methods based on matrix factorization techniques such as Independent Component Analysis (ICA) or Non-Negative Matrix Factorization (NMF). Finally, I applied DeconICA to a big corpus of data containing more than 100 transcriptomic datasets composed of, in total, over 28000 samples of 40 tumor types generated by different technologies and processed independently. This analysis demonstrated that ICA-based immune signals are reproducible between datasets and three major immune cell types: T-cells, B-cells and Myeloid cells can be reliably identified and quantified. Additionally, I used the ICA-derived metagenes as context-specific signatures in order to study the characteristics of immune cells in different tumor types. The analysis revealed a large diversity and plasticity of immune cells dependent and independent on tumor type. Some conclusions of the study can be helpful in identification of new drug targets or biomarkers for immunotherapy of cancer

L’étiologie des cancers cutanées est liée à des mutations génétiques résultant de l’exposition aux rayonnements ultraviolets (UV) émis par le soleil. La propagation des cellules cancéreuses dépend aussi des interactions avec les cellules présentes dans le microenvironnement circulant, notamment des fibroblastes associés au cancer (FAC) et des cellules immunitaires. Xeroderma pigmentosum (XP) est une maladie génétique qui comprend 7 groupes de complémentation génétique (XP-A à XP-G). Les patients XP présentent une déficience du mécanisme de réparation des lésions de l’ADN provoquées par les UV. Ces patients sont susceptibles au développement précoce de très nombreux cancers cutanées. XP-C est le groupe de complémentation le plus représenté en Europe. Chez ces patients, les carcinomes spino-cellularies (CSC) sont plus fréquents que les carcinomes baso-cellulaires (CBC) (taux 5 : 1). Les CSC ont un potentiel métastatique plus élevé que les CBC. Des travaux précédents ont suggéré que la réponse immunitaire chez les patients XP pouvait être altérée, incluant un déficit de l’activité cytolytique des cellules Natural Killer (NK) et une diminution du nombre des lymphocytes T circulants.L’objectif central de cette thèse était, d’identifier des facteurs du microenvironnement impliqués dans la progression des cancer cutanées agressifs, en prenant comme modèle de susceptibilité au cancer, des cellules de patients XP-C. Une analyse transcriptomique comparant les fibroblastes WT et des patients XP-C a permis d’identifier que CLEC2A, un ligand activateur du récepteur NKp65 des cellules NK, est exprimé par les fibroblastes WT mais pas par les fibroblastes XP-C. Nos travaux ont pu montrer une diminution du niveau d’expression de CLEC2A au cours de la sénescence réplicative ; une absence dans les FAC et dans les CSC et que, des facteurs solubles secrétés para les CSC diminuent l’expression de CLEC2A. Ces résultats suggèrent que la perte de CLEC2A peut induire un déficit d’activation des cellules NK au sein du microenvironnement tumoral et dans les dermes des patients XP-C. Par la suite, nous avons élaboré un modèle de culture de peau 3D, dans lequel nous avons introduit des cellules NK, en présence ou absence d’anticorps bloquants CLEC2A. Ce modèle nous a permis de montrer que l’interaction CLEC2A/NKp65 régule l’invasion des CSC via un dialogue entre fibroblastes et cellules NK. Nos résultats suggèrent que l’expression de CLEC2A dans les fibroblastes WT contribue à la surveillance immunitaire dans la peau et que son absence, par des facteurs encore inconnus, favorise le développement des cancers agressifs chez les patients XP-C. CLEC2A peut être une cible dans le combat contre la progression des CSC<br>Skin cancer etiology is related to genetic mutations arising after ultraviolet (UV) sun exposure. The propagation of cancer cells is also dependent of a crosstalk with cells present in the surrounding microenvironment, mainly cancer associated fibroblasts (CAF) and immune cells. Xeroderma pigmentosum (XP) is a genetic disease that comprises seven groups of genetic complementation (XP-A to XP-G). XP patients present a default in the mechanism responsible for the repair of UV-induced DNA lesions. They are prone to develop skin cancers with high frequencies early in their life. XP-C is the most represented complementation group in Europe and in XP-C patients squamous cell carcinoma (SCC) are more frequent than basal cell carcinoma (BCC) (ratio 5:1). SCC have high metastatic potential compared to BCC. Previous studies suggested that the immune responses in XP patients could be altered with defects in their NK lytic activity and a decrease in the levels of circulating T lymphocytes. The main objective of this thesis was to identify microenvironment factors that could contribute to the progression of aggressive skin cancers using XP-C disease cells as a model of skin cancer susceptibility. Comparative transcriptomic analysis of WT and XP-C dermal patient’s fibroblasts revealed that CLEC2A, a ligand of the activating NK receptor NKp65 implicated in the activation of the innate immune system, is expressed in WT fibroblasts and absent in XP-C fibroblasts. Additional work showed that CLEC2A level is decreased in WT fibroblasts during replicative senescence, is absent in CAF and SCC, and is down regulated by soluble factors secreted by SCC cells. These results suggest that the loss of CLEC2A may induce a deficit of NK cell activation in the tumor microenvironment of SCC and in the dermis of XP-C patients. Elaboration of 3D skin culture models including NK cells and, in the presence or absence of blocking anti-CLEC2A antibody, allowed us to show that CLEC2A/NKp65 interaction regulates SCC cells invasion through a crosstalk between fibroblasts and NK cells. Our results suggest that the expression of CLEC2A in fibroblasts contributes to skin immune surveillance while, conversely, its absence under yet unidentified factors, favors the development of aggressive cancers in XP-C patients. CLEC2A could be a potential target in the fight against SCC progression

La leucémie lymphoïde chronique (LLC), la leucémie la plus fréquente chez l'adulte, est caractérisée par l'accumulation de lymphocytes B matures dans le sang périphérique et les tissus lymphoïdes. La progression de la LLC est fortement dépendante des interactions complexes au sein du microenvironnement tumoral (TME) et malgré les récentes avancées dans le traitement de la LLC ciblant la TME, la LLC reste une maladie incurable. Par conséquent, nous voulions caractériser en profondeur le paysage immunitaire dans le TME dans la LLC murine et humaine afin d'identifier de nouvelles cibles potentielles pour une approche immunothérapeutique. À cette fin, nous avons effectué une caractérisation complète et approfondie par cytométrie de masse à haute dimension pour établir une cartographie approfondie des sous-populations de cellules immunitaires. Nous démontrons que les changements pertinents dans la composition des cellules immunitaires, en particulier l'expansion de sous-populations spécifiques de cellules immunitaires lymphoïdes et myéloïdes, sont associés à une forte suppression immunitaire contribuant ainsi à un phénotype d'échappement dans la LLC. Ces changements associés à la LLC peuvent être restaurés dans les modèles précliniques par un double blocage du point de contrôle immunitaire PD1/LAG3. De plus, nous démontrons une forte hétérogénéité des cellules T entre les patients qui peut être stratifiée en fonction de leur profil de cellules T, et la corrélation de sous-ensembles de cellules T spécifiques avec le temps jusqu'au traitement initial, mettant en évidence leur valeur pronostique potentielle. En conclusion, avec cette première étude CyTOF dans la LLC, nous avons élargi les connaissances actuelles sur la complexité phénotypique du TME. Nous avons démontré que le double ciblage des points de contrôle immunitaires contrôlait efficacement le développement de la LLC dans les modèles précliniques et pouvait donc avoir des avantages potentiels dans la LLC pour restaurer une immunité anti-tumorale fonctionnelle<br>Chronic lymphocytic leukemia (CLL), the most frequent leukemia in adults, is characterized by the accumulation of mature B lymphocytes in peripheral blood and lymphoid tissues. The progression of CLL is highly dependent on complex interactions within the tumor microenvironment (TME) and despite recent advances in CLL treatment targeting the TME, CLL remains an incurable disease. Therefore, we wanted to deeply characterize the immune landscape in the TME in murine and human CLL to identify novel potential targets for an immunotherapeutic approach. For this purpose, we performed a comprehensive and extensive characterization by high-dimensional mass cytometry to establish an extensive cartography of immune cell subsets. We demonstrated that relevant changes in the immune cell composition, especially the expansion of specific lymphoid and myeloid immune cell subsets, are associated with strong immune suppression thereby contributing to an escape phenotype in CLL. These CLL-associated changes can be restored in preclinical models by a dual PD1/LAG3 immune checkpoint blockade. Moreover, we demonstrated a high T cell heterogeneity between patients that can be stratified according to their T cell profile, and the correlation of specific T cell subsets with time to initial treatment, highlighting their potential prognostic value. In conclusion, with this first CyTOF study in CLL, we expanded the current knowledge of the phenotypic complexity of the TME. We demonstrated that dual targeting of immune checkpoints efficiently controlled CLL development in preclinical models and therefore could have potential benefits in CLL to restore a functional anti-tumor immunity