Le fer comme adjuvant des réponses anti-tumorales

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La capacité du système immunitaire (SI) à répondre aux antigènes tumoraux a naturellement conduit au développement d’essais thérapeutiques chez l’homme. Dans les années 1990, les premiers essais d’immunothérapie, comme l’utilisation de l’IL-2 ou de l’IFN-a, se sont révélés peu encourageants du fait de résultats mitigés et des toxicités collatérales observées. Ces premiers essais thérapeutiques nous ont néanmoins appris que l’environnement tolérogène des tumeurs est dominant et empêche le SI de les éliminer. L’un des nombreux mécanismes d’échappement tumoral ainsi découverts est l’induction d’une incapacité des lymphocytes T (LTs) effecteurs à réagir face à un antigène tumoral, mécanisme nommé “ exhaustion”.
Ce mécanisme est depuis devenu la cible d’essais thérapeutiques. Il existe, en effet, des points de contrôles du SI, appelés “Immune Checkpoints”, correspondant, entre autres, à l’expression par les LTs de molécules inhibitrices bloquant leurs fonctions effectrices. L’inhibition de ces points de contrôles permet une restauration de la fonction des LTs effecteurs. Révolutionnant la prise en charge de nombreux cancers comme le mélanome, ces nouvelles immunothérapies (anti-CTLA-4 et PD-1 notamment) augmentent la survie des malades. Malheureusement, seuls 20 à 30% des patients répondent bien à ces traitements en développant une réponse immunitaire anti-tumorale efficace. Pour pallier cette insuffisance, les stratégies actuelles proposent de combiner l’immunothérapie avec les traitements plus classiques que sont la chimiothérapie et la radiothérapie.
Nos premiers résultats montrent que le fer augmente significativement les réponses des LTs in vivo et in vitro. Cet effet “adjuvant” se traduit par un fort ralentissement de la croissance de lignées tumorales transplantées chez la souris. Par conséquent, nous proposons d’accroître l’efficacité de l’immunothérapie en augmentant et orientant la réponse des LTs par un élément chimique des plus classiques, le fer.

Objectif n° 1 : Supplémentation en fer, surproduction d’IFN-g par les LTs et ferroptose des cellules tumorales
Nos résultats préliminaires montrent qu’une supplémentation en fer entraîne un ralentissement significatif de la croissance tumorale dans des modèles de transplantation tumorale chez la souris. Dans ce contexte, le fer favorise la différenciation/expansion de LTs effecteurs de type 1 (Th1), cellules caractérisées par l’expression du facteur de transcription T-bet et par leur aptitude à produire de fortes quantités d'IFN-g. Enfin, en utilisant un système antigène spécifique, nous avons observé, in vitro, que le fer augmentait fortement les capacités de différenciation de LTs CD4 naïfs en cellules de type Th1.
Nous émettons l’hypothèse que le fer, en augmentant la réponse des LTs anti-tumoraux et en particulier leur capacité à produire de l’IFN-g, entrainerait la mort des cellules cancéreuses par induction de ferroptose. La ferroptose est un mécanisme de mort cellulaire atypique récemment décrit impliquant la destruction des membranes cellulaires par stress oxydatif suite à la défaillance d'un système antioxydant dépendant du glutathion. La ferroptose peut être induite en augmentant le taux de fer intracellulaire ou en inactivant la glutathion peroxydase 4 (GPX4). Nous proposons donc que c’est en induisant la production d’IFN-g par les LTs qu’une supplémentation en fer exercerait son activité anti-tumorale in vivo. En effet, Il a été récemment suggéré que l’IFN-g pourrait inhiber GPX4 en limitant l’entrée de cystine dans les cellules.
Nous souhaitons donc vérifier cette hypothèse en utilisant des lignées de cellules tumorales génétiquement modifiées par la technologie CRISPR/Cas9 pour les rendre insensibles soit à la ferroptose, soit à l’IFN-g.

Objectif n° 2 : Fer et immunothérapie anti-PD1
Nos résultats montrent un effet bénéfique d’une supplémentation en fer sur les réponses anti-tumorales pour les différentes lignées tumorales que nous avons testé. Nous souhaitons dorénavant tester l’effet de la combinaison d’une supplémentation en fer et de l’injection d’un anticorps anti-PD1 (anticorps bloquant l’interaction entre PD1 et son ligand PDL1) sur la croissance tumorale. Chaque traitement, séparément, augmente les réponses immunes anti-tumorales, provoquant un ralentissement voir un arrêt de la croissance tumorale. Nous espérons que les effets de ces 2 traitements, non seulement s’additionnent, mais également qu’une synergie puisse être observée, càd que l’effet anti-tumoral des 2 traitements ensemble soit supérieur à la somme des effets des 2 traitements appliqués séparément. Nous testerons des lignées tumorales -connues pour être “répondeuses” à l’immunothérapie anti-PD1 ainsi que des lignées plutôt “résistantes” à ce même traitement. Une supplémentation en fer devrait augmenter la réponse immune dirigée contre les lignées “répondeuses” induite par l’anti-PD1 et une régression, voir une éradication totale des tumeurs devraient être observée. Dans le cas des lignées “résistantes”, nous vérifierons que la supplémentation en fer permettra aux souris transplantées de répondre au traitement anti-PD1 et de contrôler ainsi la croissance de ces tumeurs. Pour faire une homologie avec les patients, nous espérons que des individus normalement non répondeurs à l’immunothérapie deviennent répondeurs une fois complémentés avec du fer.