Immunologie des tumeurs et immunothérapie contre le cancer

Le projet ItacoMac vise à décrypter le rôle du métabolite itaconate, produit par l’enzyme ACOD1/IRG1, dans la régulation de la fonction des macrophages et le maintien de l’homéostasie du tissu adipeux. Dans l’obésité et le diabète de type 2, les macrophages du tissu adipeux (ATM) soutiennent une inflammation chronique de bas grade qui altère profondément l’équilibre métabolique. Des analyses unicellulaires récentes, notamment issues de notre consortium, ont révélé une hétérogénéité fonctionnelle marquée, avec l’identification de sous-populations spécialisées : les macrophages résidents LYVE1? TIM4?, garants de la stabilité tissulaire ; les macrophages lipidiques TREM2? (LAM), impliqués dans la clairance des adipocytes apoptotiques ; et les macrophages septaux LYVE1? CD209b?, qui contrôlent le devenir des progéniteurs adipocytaires via la signalisation TGFß1. Toutefois, les mécanismes métaboliques qui coordonnent ces populations et assurent leur équilibre fonctionnel restent largement inconnus. Nos données préliminaires identifient ACOD1/itaconate comme un point de contrôle central de cette régulation : Acod1 est fortement exprimé dans les macrophages résidents LYVE1?, et la production d’itaconate est augmentée en condition d’obésité. De plus, la délétion spécifique d’Acod1 dans les macrophages TIM4? exacerbe le remodelage du tissu adipeux et favorise l’expansion des macrophages septaux, suggérant que l’itaconate limite la plasticité macrophagique délétère et contribue à contenir l’inflammation. Pour tester cette hypothèse, ItacoMac combinera des modèles murins conditionnels, des approches de multiomique unicellulaire et spatiale, de la métabolomique ciblée et un phénotypage métabolique avancé afin de cartographier la dynamique de l’itaconate et d’en définir les fonctions dans la gestion lipidique, le contrôle de l’inflammasome et la thermogenèse. En établissant comment ce métabolite orchestre la spécialisation macrophagique et l’adaptation du tissu adipeux, ItacoMac apportera un cadre mécanistique inédit reliant immunométabolisme, stress oxydant et thermogenèse, et positionnera l’axe ACOD1/itaconate comme un déterminant clé de la santé métabolique et des pathologies associées à l’obésité.

Cancer immunotherapies have been established in a growing number of clinical indications and the pace of development is massively accelerating. Currently over 6.000 clinical trials are investigating immune-related treatments in oncology especially in combinations. It includes both adoptive cellular therapies and immune modulating treatments like immune check point blockade. In contrast, the understanding of how such therapies mediate their mode of action is still mostly poorly understood. In particular, the role of distribution and relocation of immune cells after therapeutic interventions remains unknown. This is surprising, as immune cell interactions are a hallmark of therapeutic immune responses. T-RAFIC will enhance understanding of immune cell trafficking under therapeutic influence. It will open new paths and avenues to treatments, boost their efficacy and help prioritizing the plethora of immune therapeutic combinations. In the past, detailed analysis of cellular distributions was facing technical barriers. Advances in technologies, now permit tracking and visualization of cells in vitro and in vivo at an unprecedented resolution, allowing for the first time studies on immune cells under therapeutic influence. This emerging field of research has enormous potential and key importance for next generation of researchers in oncology and beyond. However, experts in this field are missing and this threats European research, development and medicine. Therefore, T-RAFIC joins forces of 19 academic and three industrial partners from nine European countries to conduct an innovative and interdisciplinary approach combining cell imaging with bioinformatics, cell engineering and clinician expertise. The network bundles recognised expertise in cancer immunotherapies, empowering European research and innovation and ensuring a sustainable cooperation in science and training.

Le protéasome humain est un complexe multi-protéique essentiel à l'homéostasie et à la survie cellulaire. Sa dérégulation peut causer des pathologies neurodégénératives, auto-inflammatoires et certains cancers. Actuellement, des inhibiteurs de 1ère génération sont utilisés en clinique pour traiter le myélome multiple, tandis qu'une 2ème génération, en cours de développement, semble prometteuse pour les maladies auto-inflammatoires. Cependant, ces inhibiteurs ciblent uniquement les sous-unités catalytiques du protéasome 20S sans prendre en compte ses régulateurs, impliqués dans la génération d’antigènes et dans certains cancers et l'auto-inflammation. Ce projet vise à développer une 3ème génération d'inhibiteurs, ciblant spécifiquement les sous-types de protéasome 20S associés aux régulateurs PA28 dans un contexte auto-inflammatoire. Cette approche pourrait réduire la toxicité observée avec les inhibiteurs actuels. À partir d’un criblage récent de ligands ayant identifié des composés spécifiques des complexes PA28aß-i20S ou PA28?-std20S, nous adopterons une stratégie de déconstruction-reconstruction pour améliorer leur affinité. Les nouveaux composés seront testés in vitro pour leur activité, et les plus prometteurs seront évalués in cellulo pour leurs effets sur le répertoire antigénique et la production de cytokines. Ils seront également testés sur des cellules humaines issues de patients atteints de maladies auto-inflammatoires et sur des modèles organoïdes, tels que ceux présentant un déficit enzymatique en DPP9 ou l’autoactivation des inflammasomes NLRP1 et CARD8. Notre étude des relations structure-activité sera enrichie par des approches structurales telles que la spectrométrie de masse structurale, la cryoEM et la cristallographie aux rayons X. En ciblant l'interface entre le 20S et ses régulateurs, cette approche constitue un véritable changement de paradigme dans le développement de nouveaux inhibiteurs du protéasome.

Personalised oncology has seen the development of drugs tailored to genetic variants associated with cancer biology. However, the full potential of targeted therapy remains untapped due to the predominant focus on acquired, tumor-specific alterations. Optimised cancer care must therefore integrate pharmacogenomic (PGx) principles, as adverse drug reactions affecting organ systems are influenced by the germline rather than the tumor genome. An essential prerequisite are computational pipelines for comprehensive pharmacogene analysis, taking into account germline data and PGx guidelines, complemented by multi-layered pharmacogene data from the tumor. The aim of PGxMTB is to implement PGx in molecular tumour boards (MTB). To achieve this goal, existing data from two nationwide precision oncology initiatives (DKFZ/NCT/DKTK MASTER, MAPPYACTS1/2) will be leveraged. A prototypic bioinformatics PGx pipeline tool will be refined by integrating 344 pharmacogenes relevant for cancer and supportive care medicines. Tumor entity-specific PGx expression patterns and multiomics profiles will be considered for all pharmacogenes to identify novel somatic PGx information, complemented by drug response data from MASTER. Tumor-related changes in individual liver PGx phenotypes will be assessed by liquid biopsy using liver-derived extracellular vesicles from cancer patients. The novel precision oncology PGx analysis pipeline will be validated in the independent MAPPYACTS1/2 cohorts. PGxMTB includes experts in basic/clinical PGx, precision oncology, bioinformatics/computational science, patient engagement and health economics. Patient representatives will be involved as research partners at all levels of PGxMTB. Health economics assessment of PGx implementation in MTB will consider different health care systems. Collectively, we expect that PGxMTB will advance PGx-driven precision cancer medicine and improve outcomes for patients.

Liver metastases commonly develop in up to 50% of patients with various cancer types. The most common cancer that metastasizes to the liver is colorectal cancer (CRC). At least 25% of CRC patients develop colorectal liver metastases (CRLM) during their illness. CRLM represent the major unmet clinical need for this malignancy, as the 5-year survival rate of patients with unresectable disease does not exceed 2%. New therapies that promote antitumor immunity have been recently developed, mostly focusing on enhancing T cell responses. Although these therapies have led to unprecedented successes, only a minority of patients benefit from these treatments, highlighting the need to identify new cells and molecules that could be exploited in next generation immunotherapies. Given the crucial role of innate immune responses in immunity, targeting these responses opens up new possibilities for tumour control. We hypothesize that the immunotherapy of liver metastases can be significantly improved through harnessing the biology of innate lymphoid cells (ILC), such as Natural Killer (NK) cells and ILC1s, and myeloid cells such as macrophages and DCs. Our team brings together experts in the biology of tissue-resident myeloid (Ginhoux, PI4) and lymphoid (Gasteiger, cPI) cells, in liver immunology (Fumagalli, PI3), and in the development of novel immunotherapeutic strategies that modulate immune cells in the fight against cancer (Vivier, PI2). By combining cutting-edge single cell and spatial transcriptomics of human patient samples with cross-species analyses in advanced genetic mouse models, we aim (1) to identify cellular interactions defining the metastatic tumor microenvironment across murine and human tissue-specimens, (2) to investigate immune cell functions regulating metastatic disease using a unique combination of advanced genetic mouse and human tissue models, and (3) to harness the anti-tumoral functions of innate immune cells via next generation cell engagers.

Resistance of cancers to immune checkpoint blockade (ICB) can result from a deviated taxonomic composition of the intestinal microbiota. A surge in the Enterocloster genus, for instance following discontinuation of antibiotics or chronic inflammation caused by tumors, induces the downregulation of MAdCAM-1 in the ileal lamina propria and mesenteric lymph nodes through perturbations of biliary salts. In turn, the ileal MAdCAM-1 loss induces the exodus of immunosuppressive T lymphocytes expressing the MAdCAM-1 receptor α4β7, i.e., FoxP3+ RAR-related orphan receptor gamma t (RORγt+) regulatory (Tr17) cells, from the gut to distant tumors. Disruption of the MAdCAM-1–α4β7 axis compromises the efficacy of immunotherapy and reprograms the tumor microenvironment towards a regulatory phenotype. Moreover, serum soluble MAdCAM-1 is a proxy of intestinal dysbiosis and a robust predictor of survival in cancer patients treated with ICB. To decipher the biological significance of these findings, we will first investigate the transcriptional and post-translational mechanisms regulating MAdCAM-1 expression and function (Task 1), in particular neuroendocrine and metabolic cues. Next, a comprehensive phenotyping of the emigrating enterotropic T cells reaching the tumor by single cell transcriptomics and genomics, as well as specific genetic and immunopharmacological intervention on T lymphocytes and cancer cells will lead to the identification of the molecular mechanisms regulating the gut-tumor axis (Task 2). We will investigate how enterotropic T cells homing to cancers maintain their proliferative and suppressive capacities, in particular in the light of the recognition of tumor and/or commensal antigens (Task 3). Altogether, this approach will lay the molecular and metabolic foundations governing the MAdCAM-1–α4β7 gut immune checkpoint

Les cellules souches adipeuses (ASC) sont des régulateurs clés de la croissance du tissu adipeux dans l'obésité. Notre consortium propose le rôle crucial d’une sous population de macrophages résidents du tissu adipeux dans la régulation de l’identité et des fonctions des ASC. Le premier objectif de notre proposition de recherche est de prouver et de décoder à l'aide de modèles in vivo uniques l'interaction entre cette sous-ensemble spécifique de macrophages du tissu adipeux et les ASC. Ces observations précliniques seront confirmées dans la graisse humaine en explorant le dialogue entre les macrophages résidents du tissu adipeux et les ASC aux niveaux spatial et unicellulaire en utilisant des technologies de pointe chez les sujets minces et obèses. Cela permettra de générer un atlas multidimensionnel complet des cellules omiques du tissu adipeux humain en santé et en maladie. Fort de leur expertise complémentaire, notre consortium développera également un organoïde de tissu adipeux humain dérivé de cellules souches pluripotentes induites par des patients obèses (iPSC) contenant des macrophages pour mieux modéliser et déchiffrer le dialogue et les processus métaboliques et adipogéniques. De plus, de nouvelles capacités de traçage métabolique seront développées pour identifier au niveau moléculaire l'origine et le devenir des métabolites ainsi que leur contribution à la croissance du tissu adipeux. Une telle plateforme organoïde de tissu adipeux incorporant les macrophages permettra de valider les mécanismes déduits de notre atlas cellulaire multi-omique et de tester des interventions potentielles.

Paediatric high-grade gliomas (pHGGs) are malignant, deadly tumours developing in infants and children. Mutations in histone coding genes disturb epigenetic regulation and in cooperation with other oncogenes promote tumour initiation and progression. pHGGs are fast-growing and diffusive which makes them hard to remove or treat. Surgery (unattainable in midline brain regions) and radiotherapy (RT) remain the only option with transient benefits as median survival is 9-15 months. Those tumours are immunosuppressed, thus immunotherapy is ineffective. We propose that knowledge of tumour-host interactions in the tumour microenvironment (TME) would reveal novel targets allowing to find new ways to eradicate mutated tumour cells, improve efficacy of RT, and reinvigorate anti-tumour immunity. To achieve these ambitious goals we built up the international, multidisciplinary consortium HIT-GLIO. We will i) use latest single-cell technologies and multimodal imaging to characterise tumour-immune cell interactions in a large spectrum of pHGG patient samples; ii) create cellular and animal models of increasing complexity: human glioma-microglia co-cultures, DIPG-derived organoids complemented with iPSC-derived immune cells and syngeneic pHGG mouse models which would be platforms for mechanistic studies and drug screening; iii) evaluate hypoxia-inducible epigenetic inhibitors and blockers of tumour-host interactions to improve RT and immunotherapy responses; iv) generate nanocarriers functionalised to target immune cells and deliver drugs to the brain; v) develop more effective CAR-T cells that together with TME reprogramming and RT would boost anti-tumour immunity; vi) assess neurodevelopmental alterations and psychological consequences of disease and foster psychological approaches to increase quality-of-life of patients and caregivers. The expected outcomes of HIT-GLIO would ultimately pave ways to new clinical trials to improve the way pHGGs are treated. This action is part of the Cancer Mission cluster of projects on “Understanding (tumour-host interactions).

L'épidémie mondiale d'obésité est toujours en cours et ne cesse de croitre. Face à cette pandémie, peu de solutions thérapeutiques sont proposées notamment du fait de notre faible connaissance des mécanismes biologiques sous-jacents. Les macrophages sont des cellules immunitaires qui résident dans tous les organes, y compris ceux impliqués dans la régulation du métabolisme général, comme le pancréas, le tissu adipeux et le foie. Notre objectif est de mieux comprendre la biologie des macrophages résidents du foie, qui ont été identifiés comme les principaux moteurs des maladies hépatiques associées au métabolisme, comme la stéatose non alcoolique ou le syndrome du foie gras (plus connue par son acronyme anglais NASH). En combinant une approche fondamentale basée sur des modèles murins originaux avec des échantillons humains provenant de patients souffrant de tels troubles, nous visons à identifier les voies clés dans les macrophages du foie impliqués dans les troubles hépatiques associés à l'obésité. Nous identifierons les cibles qui peuvent être utilisées dans le développement de nouvelles thérapies pour faire face à ce défi sanitaire mondial.

Le cancer constitue un problème majeur de santé publique dans le monde. Pour améliorer la prise en charge des patients, le développement de traitements appartenant à la classe des thérapies ciblées, tels que les anticorps thérapeutiques (Acs), est fortement recommandé. Cependant, l'efficacité clinique des Acs nus reste limitée, notamment en monothérapie et dans le traitement des tumeurs solides. Afin d'accroître le potentiel thérapeutique des Acs nus, leur conjugaison à des molécules cytotoxiques puissantes pour former des conjugués anticorps-médicaments (ADC) permet d’augmenter leur efficacité de façon spectaculaire. Les ADCs peuvent détruire sélectivement les cellules malignes en épargnant les tissus sains. Cependant, les traitements ADC actuels induisent encore des effets indésirables dus à un manque de stabilité (réactions de rétro-Michael) et/ou à une importante hétérogénéité ce qui limite leur fenêtre thérapeutique. L'objectif principal de ce projet est basé sur le développement d'ADCs stables de nouvelle génération avec de nouvelles charges utiles (double mécanisme d’action) présentant une grande homogénéité et stabilité, ce qui élargit leur fenêtre thérapeutique. A cette fin, notre projet est basé sur deux technologies complémentaires : - des charges utiles originales, développées par le laboratoire CoSMIT, avec une activité antiproliférative élevée (CI50 nM-picoM), une stabilité métabolique avérée, et un groupe fonctionnel (point d'ancrage avec le linker). Ces charges présentent des mécanismes d'action originaux (inhibiteurs d'histone désacétylases et anti-tubuline), ce qui permet de maintenir une activité contre les cellules tumorales résistantes. - la technologie McSAF Inside qui permettra de contrôler de manière optimale la stœchiométrie, la stabilité et la libération de la charge utile, ce qui devrait conduire à une meilleure activité et une tolérance optimisée de l'ADC.

In the last century, life expectancy in Europe has increased from 44 in 1900 to 80 years in 2020. However, people are living longer but experiencing more years in ill health, with an increase in age-related neurodegenerative diseases. Lifestyle changes have also contributed to a rise in obesity, which is a known risk factor for dementia, and has been linked to chronic inflammation and immune sensitization. To identify inflammatory factors driving chronic inflammatory diseases we have made use of an unbiased large-scale multi-omic in vivo screen evaluating 1100 parameters. Using machine learning techniques we have identified that the consumption of a Western diet (WD) in models of atherosclerosis triggers a specific lipid, Sphingomyelin d18:1/14:0 (S14). This new endogenous trigger of inflammation binds TLR4 and activates microglia, which have a central role in Alzheimer's disease (AD) and frontotemporal dementia (FTD). This proposal aims to determine whether S14 could be a key signaling factor linking WD, obesity and atherosclerosis with dementia. The proposal will examine the role of S14-driven neuroinflammation and neurodegeneration across human and murine studies using patient cohorts and animal models. Lipidomics will be performed on blood and cerebrospinal fluid (CSF) from patient cohorts with neurodegenerative disease (AD and FTD) and atherosclerosis. Mice with AD and FTD pathology will receive WD and TLR4 inhibition with TAK242 to prevent S14 signaling, and to inhibit downstream epigenetic changes. Microglia will be prepared for single cell RNA sequencing and ATAC sequencing to identify epigenetic and transcriptional changes, which will be functionally tested with RNA therapeutics. Additionally, CSF immune cells of aged atherosclerosis individuals will undergo sequencing. S14- and TAK242-treated iPSC-derived brain organoids from patients with AD and FTD will delineate the role of S14 signaling in driving neuroinflammatory changes in human cells. The project aims to uncover shared gene pathways and transcriptional networks underlying the WD/S14-induced changes, assess whether the networks are shared across human and murine microglia, and identify whether TLR4 and its epigenetic targets can be exploited therapeutically to mitigate the risk of neurodegenerative disease. The consortium includes multidisciplinary specialists in clinical research, animal studies, systems biology, epigenetics and bioinformatics. The research could highlight S14 as a sensitive biomarker for AD or FTD progression and provide new targets for personalized therapies in dementia.

Acute cardiovascular syndromes (ACS) are the main cause of death in Western society and are caused by atherosclerosis. Intraplaque hemorrhage is a key characteristic of an unstable atherosclerotic plaque at risk for rupture. We propose here that therapeutic approaches to prevent the incidence of intraplaque hemorrhage is a powerful strategy to limit the incidence of ACS and reduce overall disease burden. Intraplaque hemorrhage is caused by leakage of intraplaque microvessels. We hypothesize that mast cells, a potent immune cell type, induce microvascular instability in advanced atherosclerosis and is causally involved in the incidence of intraplaque hemorrhage. We aim to a) elucidate how mast cells in atherosclerosis contribute to microvessel instability and hemorrhage and b) develop therapeutic strategies inhibiting mast cell induced vascular leakage to prevent intraplaque hemorrhage and subsequent ACS. To address these aims, we envision the following strategy: 1) Identify atherosclerosis specific mast cell phenotypes and druggable targets using human atherosclerotic plaque cells. 2) Fate mapping of mast cells in atherosclerosis: to understand the underlying processes of mast cell accumulation in atherosclerosis, we will assess the origin of the mast cells in the plaque. 3) Characterize mast cell dependent intraplaque angiogenesis and hemorrhage: to establish a causal role between mast cells, atherosclerosis, intraplaque angiogenesis and hemorrhage, we will perform mast cell activation and inhibition studies will be performed in apoE-/-Fbn1C1039G+/-, a unique mouse model that presents all these features. 4) Provide therapeutic strategies to prevent plaque instability using human ex vivo atherosclerosis models and experimental models of advanced atherosclerosis. Together, we will gain novel insights in mast cell-induced intraplaque hemorrhage, and novel therapeutic intervention strategies to improve plaque stability and to limit the incidence of ACS.