Les lymphocytes T sont l’élément clé du système immunitaire impliqué dans la destruction du cancer. Les tumeurs produisent des signaux qui désactivent ces cellules T, notamment en les forçant à devenir de plus en plus différenciées (matures) et à entrer dans un état hypofonctionnel appelé épuisement. Les scientifiques de l’hôpital de recherche pour enfants St. Jude ont étudié en profondeur les facteurs de transcription impliqués dans les états de différenciation des lymphocytes T dans le cancer. Ils ont ensuite utilisé ces informations pour augmenter l’activité anticancéreuse dans des modèles précliniques en favorisant ou en bloquant la différenciation des lymphocytes T. Les résultats, qui ont des implications pour l’immunothérapie du cancer, ont été publiés aujourd’hui dans Nature.
Les lymphocytes T sont utilisés en thérapie cellulaire adoptive (ACT) pour attaquer et tuer les cellules cancéreuses. Parmi les ACT, les lymphocytes T du récepteur d’antigène chimérique (CAR) ont montré une efficacité clinique dans les cancers du sang, mais n’ont pas été aussi efficaces dans les tumeurs solides. Ces différences d’efficacité sont dues en partie aux tumeurs favorisant l’épuisement des lymphocytes T, où les cellules sont moins efficaces pour tuer activement le cancer. Les scientifiques ont montré qu’ils pouvaient précisément interrompre le processus de différenciation et ainsi augmenter l’efficacité antitumorale.
« Les lymphocytes T sont la pierre angulaire de l’immunothérapie tumorale, et nous avons trouvé une nouvelle façon de reprogrammer les lymphocytes T pour les rendre plus efficaces », a déclaré Hongbo Chi, Ph.D., Département d’immunologie de St. Jude. « Nous pouvons les amener dans un état spécialisé afin qu’ils puissent devenir des cellules tueuses de tumeurs plus puissantes. »
Modification de la différenciation pour cibler les cellules T tueuses du cancer
La différenciation des lymphocytes T est conceptuellement similaire à une rivière coulant le long d’une montagne. Le sommet de la montagne est la cellule progénitrice et le bas est une cellule épuisée. L’état souhaité se situe entre ces deux extrêmes – comme un lac au milieu d’une montagne – et est suffisamment différencié, mais pas trop, pour garantir une forte diffusion et une activité anticancéreuse efficace. Le lac reçoit de l’eau d’en haut, mais est également constamment drainé par un ruisseau plus bas sur la pente. Sans s’arrêter, toute l’eau du lac finira par s’écouler par la rivière qui descend – toutes les cellules T seront épuisées.
Les scientifiques ont trouvé un moyen d’augmenter le débit d’eau par le haut et de bloquer la rivière drainant le lac, ce qui entraînerait une plus grande accumulation d’eau dans le lac ou, plus précisément, davantage de cellules T efficaces pour tuer les tumeurs. Par exemple, lorsque les chercheurs ont supprimé le proto-oncogène 1 (ETS1) du facteur de transcription ETS1, la quantité de cellules T anticancéreuses a augmenté grâce à une différenciation accrue vers l’état intermédiaire (augmentation du débit dans le lac). D’autre part, l’élimination de la protéine de liaison du signal de recombinaison du facteur de transcription de la région J de l’immunoglobuline kappa J (RBPJ) a augmenté l’accumulation de lymphocytes T de stade intermédiaire en bloquant la différenciation terminale (stase du flux au bord du lac). Chaque approche a montré une activité antitumorale significativement accrue.
Encore plus prometteur : lorsque les chercheurs ont combiné leurs cellules T modifiées avec un type d’immunothérapie appelé blocage des points de contrôle immunitaire, ils ont encore augmenté l’activité antitumorale.
« Nous avons fourni de nouvelles stratégies potentielles pour améliorer l’immunothérapie », a déclaré le co-premier auteur Peipei Zhou, Ph.D., Département d’immunologie de St. Jude. « Nous avons augmenté la quantité de cellules T anticancéreuses en les différenciant des progéniteurs en amont, et nous avons également pu bloquer la différenciation terminale pour augmenter l’accumulation de cellules fonctionnelles. Les deux approches ont amélioré l’efficacité antitumorale dans nos modèles de blocage des points de contrôle immunitaires.
Alors que les travaux ont été menés sur des modèles murins, les chercheurs ont utilisé des données bioinformatiques provenant d’échantillons cliniques humains pour vérifier que les mêmes gènes sont importants dans ces processus chez l’homme.
Cartographie du parcours de différenciation des cellules T épuisées
Les lymphocytes T infiltrent les tumeurs pour les détruire. Les chercheurs ont cartographié les facteurs de transcription exprimés dans les cellules T qui infiltrent les tumeurs. Leurs travaux ont révélé quels facteurs de transcription individuels et leurs réseaux sont responsables de chaque état de différenciation des lymphocytes T, fournissant ainsi des cibles pour améliorer l’immunothérapie.
« Nous avons créé une carte de la zone de différenciation et d’épuisement des lymphocytes T dans les tumeurs sur la base d’un dépistage génétique de perte de fonction de grande dimension », a déclaré le co-premier auteur Hao Shi, Ph.D., département de St. Jude de Immunologie. « Cette carte fournira un guide aux futurs chercheurs auquel se référer et à utiliser pour identifier les opportunités d’amélioration des immunothérapies basées sur les lymphocytes T. »
Alors que les tentatives précédentes visant à comprendre l’épuisement des lymphocytes T se sont concentrées sur une seule molécule ou un seul facteur de transcription, cet examen était plus complet. Cela a permis aux chercheurs de documenter l’intégralité des réseaux de régulation génétique impliqués.
« Nous avons fourni l’image la plus complète des facteurs de transcription dans les cellules T au sein d’une tumeur jamais créée », a déclaré Zhou.
« Un tel réseau de transcription causal fournit de nouvelles informations sur la différenciation des lignées, un processus fondamental en biologie », a ajouté Shi.
Le groupe a accompli cet exploit en utilisant le criblage CRISPR-Cas9 unicellulaire, une technologie d’édition génétique qui analyse le profil d’expression génique de cellules individuelles après avoir éliminé sélectivement les facteurs de transcription dans un criblage complet. Les facteurs de transcription sont des protéines qui régulent directement l’expression des gènes. En étudiant le modèle d’expression génique d’un seul lymphocyte T, les chercheurs ont pu les comparer pour découvrir quels facteurs de transcription inhibés ont le plus influencé la différenciation des lymphocytes T et leur activité anticancéreuse.
« La même approche pourrait être plus largement applicable pour élargir nos connaissances dans de nombreux contextes biologiques au-delà des cellules T et de l’immunologie », a déclaré Chi. « Nous avons montré que cette nouvelle technologie, le criblage CRISPR unicellulaire in vivo, peut conduire à de nouvelles découvertes biologiques. Je pense que nous sommes au début de quelque chose de vraiment excitant.