Mécanismes de l’immunosurveillance anti-tumoraleQuelques définitions

Caractéristiques générales des ₵ tumorales

Caractéristiques générales

Le cancer est dû à des altérations génétiques qui perturbent l’équilibre entre stimulation et inhibition de la prolifération ₵ᴿ

Rupture de dialogue avec son environnement Autosuffisance Capacité réplicative et expansion Immortalité

Autosuffisance en signaux de croissance Echappement à l’apoptose Insensibilité aux signaux antiprolifératif Angiogénèse Développement des capacités invasives et métastases Capacité à échapper à la reconnaissance par le SI Potentiel réplicatif illimité

Homéostasie tissulaire repose sur le contrôle de la division ₵ᴿ L’homéostasie est un équilibre entre prolifération (division) et différenciation des ₵ La division ₵ᴿ est régulée, + ou -, par l’intégration des signaux de l’environnement par la ₵ et par l’expression de nombreux gènes Dans ce processus, tout gène pouvant devenir transformant par mutation ou par surexpression est un oncogène

Oncogène

Oncogène Un oncogène est un gène dont l’expression favorise la survenue d’un cancer L’oncogène résulte de la modification ou de la surexpression d’un gène normal, de ce fait baptisé proto-oncogène qui engendre une

transformation physiologique de la ȼ. Il peut s’agit de gène dont les propriétés des produits sont modifiés par mutation ou dont l’expression n’est pas corrélée au cycle ȼʳ normal (gène impliqué dans le contrôle de la division ȼʳ)

Proto-oncogène : protéines de régulation de la croissance ₵ᴿGène suppresseur de tumeur : protéines qui préviennent la croissance ₵ᴿ incontrôlée

Addictions

Addiction oncogénique Dépendance de la ₵ tumorale vis-à-vis des modifications générées par l’oncogène en terme de prolifération de survie et d’invasion La suppression de l’oncogène induit une restauration partielle des propriétés natives de la ₵ On parle également de « driver oncogénique »

Dérégulations et conséquences Mutation et autonomisation du récepteur Activation continue du cycle ₵ᴿ Activation constitutive des protéines de signalisation e absence de signal en amont Résistance vis-à-vis de la † ₵ᴿ programmée Modification phénotypiques et structurale, perte d’adhérence

Rupture du dialogue entre la ₵ tumorale et les signaux classiques de l’environnement.

Le modèle historique de l’addiction oncogénique

Leucémie Myéloïde Chronique

600 nouveaux cas en France par an Hémopathie maligne du groupe des Σ myéloprolifératifs chroniques Prolifération myéloïde monoclonale sans blocage de maturation prédominant sur la lignée granuleuse Anomalie acquise monoclonale d’une ₵ souche pluripotente Translocation t(9,22) ou chromosome Philadelphie avec association du gène ABL (chr 9), et du gène BCR (chr 22)

BCR (22q11)

Fonction- Localisation cytoplasmique- Sérine/thréonine kinase possédant un domaine d’oligomérisation- Activation ȼʳ passant par les protéines Ras

ABL (9q34) Fonction

- Localisation nucléaire et cytoplasmiqueo Nucléaire : rôle majeur dans la régulation de l’apoptose après dommages de l’ADNo Cytoplasmique : fonction possible dans les signaux d’adhésion ȼʳ

Oligomérisation de la protéine de fusion BCR-ABL → ↗ activité kinase d’ABL ++ Induction de la prolifération ₵ᴿ (Ras/MAPK) Inhibition de l’apoptose (↗ production Bcl2) Anomalie d’adhésion ₵ᴿ : perte d’adhérence aux ₵ stromales (prolifération anarchique des progéniteurs leucémiques)

Imatinib (Glivec ® ) : inhibiteur de l’activité tyrosine kinase 1996 : identification d’un inhibiteur des molécules à activité tyrosine kinase (TK)

- Agit au niveau de la poche ATP de la portion ABL de BCR-ABL- Aucun effet inhibiteur sur l’activité TK d’autres récepteurs (VEGFR et EGFR)

1998 : introduction de cet inhibiteur (initialement appelé CGP57148, STI571 puis l’imatinib mésylate) en clinique

Principe de l’immunosurveillance anti-tumorale

Immunosurveillance : propriété du SI à reconnaître et détruire les ₵ transformées

1909 : Paul Ehrlich : postulat : cancer survient spontanément in vivo et le SI est capable à la fois de le reconnaître et aussi de s’en protéger

1950 : Lewis Thomas et McFarlane Burnett. Théorie : les effecteurs ₵ᴿ du SI patrouillent activement le corps afin d’identifier et d’éradiquer les ₵ tumorales naissantes

1970 : identification des ₵ T : ₵ effectrices responsables de l’immunosurveillance

Arguments pour et contre

Arguments pour

Expérience 1 Injection de ₵ tumorales dans des souris syngéniques (= clones) Développement tumoral (sans métastases) Exérèse de la tumeur 2ème injection de ₵ tumorales Absence de développement tumoral

Immunisation de souris par des ₵ tumorales prévient la réimplantation de ces tumeurs

Expérience 2 Injection de ₵ tumorales Développement tumoral Prélèvement des cellules circulantes (LT) et injection des LT de la souris A à la souris B Injection de ₵ tumorales à la souris B Absence de développement tumorale

Protection médiée et transférée par les lymphocytes Concept controversé et abandonné jusqu’en 1990

Arguments récents et modèles animaux ↗ du taux d’apparition de tumeurs spontanées ou induites chez des souris immunodéficientes

- Alymphoïde (RAG -/-) ou déficits spécifiques : LT, LNK- IL12/IFN γ - Perforine…

Arguments contre

Peu d’évidences de cancer spontané chez les souris nude athymiques → mais présence de ₵ NK Incidence ↗ de cancers chez des patients présentant un déficit immunitaire acquis de type ₵ᴿ touchant les LT → mais principalement des

cancers viro-induits- Σ de Kaposi (HHV8) LMNH et SIDA- Lymphome et EBV- Cancer du col de l’utérus et papillomavirus

Incapacité de l’organisme atteint de déficit de l’immunité ₵ᴿ à éliminer ces virus et leur persistance prolongée chez l’hôte favoriserait le développement de tumeurs

Les données actuelles sur l’immunosurveillance chez l’Homme

Cancers et déficits immunitaires primitifs

↗ de l’incidence des cancers, chez les patients présentant un DIH- Ataxie télengiectasie : anomalies qualitatives et quantitatives des LT (hypoplasie thymique) et déficit en IgG2, IgG4 et IgA →

incidence accrue de lymphomes, leucémies T et maladies de Hodgkin- Σ de Wiskott-Aldrich (mutation de WAS codant pourla protéine WASP, intervenant dans la polymérisation de l’actine) → déficit

immunitaire combiné → risque accru de développer un Σ lymphoprolifératif secondaire à une infection par EBV

Cancers et TT immunosuppresseurs

Incidence accrue de cancer au cours de certaines immunodéficiences induites- Transplantés cardiaques : cancer pulmonaire X2 à 25, LMNH x20- Transplantés rénaux : cancer de la peau (non-mélanome) x200

Présence de ȼ tumorales de manière infra-clinique contrôlées par le SI (phase d’équilibre) et l’immunosuppression a déclenché l’apparition du cancer

Certains LMNH régressent spontanément lors de l’arrêt des immunosuppresseurs

Relation entre le développement de ces cancers et l’immunosuppression

Effet GVL

Les allogreffes MO non déplétées en LT du donneur : plus faible risque de rechute leucémique que les allogreffes déplétées en LT- Effet anti-leucémique des LT → ↘ risque de récidive

TT des rechutes par DLI (donor lymphocyte infusion)

Régression tumorale

Spontanée (cancer rein et mélanome) corrélée à la présence de LT cytotoxique dirigés contre les ₵ tumorale Après radiothérapie : régression des métastases non-traitées

Infiltrat lymphocytaire tumoral

Présence d’infiltrats inflammatoires de lymphocytes dans les tumeurs- Tumor-infiltrating lymphocytes (TIL)- Corrélatin avec le pronostic (cancer du sein, ovaire, mélanome, adénocarcinome colique) notamment la présence de T CD8 mémoire

Présence de nombreux lymphocytes activés dans les ganglions draînants

Composante immunitaire intra-tumorale (nature ₵ᴿ) = nouveau biomarqueur

Reconnaissance des ₵ tumorales par le SI

Mise en évidence d’Ag associés aux tumeurs

Les ₵ tumorales non immunogènes portent un Ag « trop faible » pour induire une RI mais cet Ag peut servir de cible à une RI préalablement induite

Les Ag tumoraux

Immunogénicité des tumeurs : Ag associés aux tumeurs Des centaines d’Ag associés aux tumeurs et reconnus par le SI ont ensuite été identifiés

Ils sont classés en 5 groupes

Ag du groupe « cancer-testis »

Ag non exprimés dans les tissus normaux (expression ectopique par les ₵ germinales) Expression dans les tissus sains testiculaires, pas de présentation CMH-1 Expression partagée par différents types histologiques de tumeurs et présentation CMH-1

Ag de différenciation

Ag de lignées, exprimés par les tissus sains et pathologiques → expression parfois dérégulée- Mélanocytaire - Prostatique

Gènes normaux surexprimés ou exprimés de façon aberrante

Exprimés à des niveaux faibles dans les tissus sains Surexprimés dans différentes tumeurs

- HER2/neu : cancer du sein- MUC-1 : différents cancer

Ces Ag de tumeurs peuvent servie de cibles de LT chez de nombreux patients, naturellement ou de façon thérapeutique Risque d’auto-immunité pour les Ag de différenciation, voire surexprimés

Ag uniques et/ou spécifiques

Exclusivement exprimés par les ₵ tumorales : NéoAg- Mutations ponctuelles- Protéines chimériques

Ag dérivés d’agents pathogènes

VHB et VHc : cancer du foie HPV : cancer du col de l’utérus H. Pÿlori : cancer de l’estomac

Les acteurs de l’immunité anti-tumorale

La RI innée : 1ère ligne de défense Facteurs solubles (complément) ₵ dont les granulocytes, mastocytes, macrophages, ₵ dendritiques (DC) et les ₵ NK

La RI adaptative se développe plus lentement mais se caractérise par une ↗ de la spécificité antigénique et une mémoire LB LT CD4 et CD8

Des ₵ cytotoxiques se trouvent à l’interface de l’immunité innée et adaptative ₵ T NK (NKT) et les LT invariants

Mécanismes effecteurs de la réponse anti-tumorale

Ȼ cytotoxique- LT CD8- T γδ- NK- Perforine/granzyme

Cytokine : IFN γ- Activation ȼʳ- Action anti-tumorale et anti-proliférative- Action sur la présentation antigénique

Induction- LT CD4 Th1 (IFN γ)- IL12 (IFN γ)- CPA

Moindre rôle pour les ȼ B et les AC

Récepteurs de l’immunité innée (PRRs)

RI innée anti-tumorale : activation des CPA

L’activation du SI inné est nécessaire à l’induction de la RI adaptative

DAMPS : signaux de danger produits par les cellules tumorales

Conséquences de l’activation des phagocytes

Les DC matures peuvent activer les TCD4 et les TCD8

Les ȼ dendritiques peuvent internaliser des particules exogènes via après reconnaissance par les PRR → Dégradation par la voie endo-lysosomale et présentation par les molécules CMH de classe II aux TCD4

Certains antigènes (< 200nm) peuvent être internalisés par la ȼ par une voie non-endocytique→ Dégradation par le protéasome et présentés par les molécules CMH de classe I aux TCD8

Activation des ȼ NK

Les lymphocytes T innés : LTγδ

LT innés Populations homogènes avec répertoires restreints

- Tissu : Vδ1 activés par des molécules non identifiées tumorales- Sang : Vδ2 activés par des métabolites phosphatés des tumeurs

Costimulation par NKG2D

Les lymphocytes NKT

LT innés 0.01 à 1% des LTCD3+ Répertoire TCR semi-invariant Restreints par CD1d (monomorphe) + glycolipides Deux modes d’activation

- Ag exogène- Ag endogène

Interaction des ȼ de l’immunité innée au cours de la réponse anti-tumorale

Recrutement des ȼ innées par des signaux inflammatoires Activation réciproque des macrophages / ȼ dendritiques et des lymphocytes innés

- Par la tumeur (signaux de danger, ligands de NKG2D)- Par l’axe IL-12/ IFNγ

IFN γ- Action directe anti-proliférative et apoptotique- Activation des macrophages- ↗ de l’inflammation et production de chimiokines (recrutement ȼʳ)- ↗ présentation Ag

Destruction tumorale- Macrophage : TNFα, radicaux oxygénés- LT innés : perforine

Les deux phases de la RI anti-tumorale

Phase initiale : recrutement au sein de la tumeur de ȼ innées

NK, macrophages, DC, LT γδ, LT NKT Molécules de stress activent les NK et γδ: effet lytique direct Communication inter-ȼʳ activant une boucle d’amplification positive

Phase secondaire

Les DC phagocytent des débris ȼʳ et maturent Migration dans les ganglions drainant Activation des LT CD4 (Th1) et CD8 (présentation croisée) Migration des LT effecteurs dans la tumeur Destruction des ȼ tumorales par les LT CD8 cytotoxiques (perforine)

Les DC matures peuvent activer les TCD4 et TCD8 et stimuler la réponse adaptative

1ère ligne de défense contre la progression des ȼ cancéreuses→ les ȼ de l’immunité innée (macrophages, NK et NKT)

Les PAMPs à la surface des ȼ tumorales sont reconnus par les récepteurs PRR des précurseurs des DC, macrophages, NK, NKT Les DC sécrètent de l’IFNα, qui active les ȼ de l’immunité innée Suite à l’internalisation d’antigènes présents dans le milieu extra-ȼʳ Les DC subissent un processus de maturation essentiel pour l’activation des ȼ de l’immunité adaptative L’activation des LT CD8 cytotoxiques conduit ainsi à la lyse spécifique (TCR/CMHI-peptide dépendant) des ȼ tumorales

L’échappement des tumeurs à la RI

Immunogénécité

Certains Ag tumoraux sont faiblement immunogènes Répression de l’expression de ces Ag Inhibition de l’apprêtement de l’Ag

- Au niveau des protéines transporteurs TAP- Au niveau du protéasome

Inhibition de l’expression des CMH- Mutation génique- Au niveau de la B2M

Perte de réponse à l’IFN

Au niveau des mécanismes effecteurs

Inhibition des lymphocytes effecteurs IDO (indoleamine 2,3 dioxygénase) : catabolise le tryptophane IL10, TGF-β : cytokine immunosuppressive Galectine 1 : inhibe l’activation des LT Formes solubles des ligands de NKG2D (MIC) : inhibe la cytotoxicité Sur-expression de FasL : tue les lymphocytes activés (exprimant Fas) PD*L1 : inhibe les LT CD8 effecteurs PD-1+

Résistance des ȼ tumorales à l’apoptose Surexpression des protéines anti-apoptotiques

Génération d’un environnement suppresseur de RI

DC suppressives (tolérogènes) et LT reg Macrophages M2 et Th2 Myeloid-derived suppressor cells

→ inhibition de la réponse immunitaire

Les 3 E de la RI anti-tumorale : Elimination, Equilibre, Evasion

Concept d’immunoediting

Observations expérimentales Les tumeurs qui évoluent dans un animal immunocompétent sont plus résistantes à la réponse anti-tumorale que celles qui poussent

dans un animal immunodéficient

La RI anti-tumorale exerce une pression de sélection sur les ȼ tumorales † des ȼ sensibles Sélection par mutation des clones moins immunogéniques et plus immunosuppresseurs pouvant échapper au système immunitaire

- Instabilité génétique ?- Effets délétères de l’inflammation : angiogénèse par ex

Le SI sculpte la tumeur qui devient progressivement insensible à la RI

→ analogie avec les microorganismes, en particulier les virus (VIH)

Conclusion et points à retenir

Les tumeurs peuvent être reconnues et détruites par le SI Signaux de danger Ag des tumeurs

Intérêt pronostic : TIL Possibilités d’intervention à visée thérapeutique

Les principaux acteurs de la RI anti-tumorale sont les Lymphocytes NK et LT CD8 (perforine), et l’axe IL12/IFNγ

Le SI a également un effet délétère : l’inflammation chronique favorise la carcinogénèse et l’angiogénèse, et la RI sélectionne les tumeurs agressives

Règle des 3 E : élimination, équilibre, évasion

Nombreuses possibilités d’intervention thérapeutique AC monoclonaux : avancée majeure Thérapie ȼʳ : plus complexe mais prometteuse

Trouver les schémas thérapeutiques adaptés à chaque cancer et à chaque patient