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ASA 1 Les chimiokines à l’interface de l’immunologie et de la cancérologie ASA 2 Plan de l’exposé I. Propriétés générales des chimiokines II. Mécanismes impliqués III. Etude pré-clinique d’immunothérapie génique IV. Les questions possibles posées à l’examen ASA 3 I partie Propriétés générales des chimiokines ASA 4 3 LES CHIMIOKINES une nouvelle famille de cytokines chimiotactiques Protéines sécrétées de faible poids moléculaire (7 à 14 kDa). Plus de 50 molécules identifiées. Fonction initialement décrite : attraction des leucocytes. Structure tridimensionnelle: -trois feuillets plissés b -partie C terminale en hélice a Présence dans la séquence de 4 Cystéines à des positions très conservées. ASA 5 4 LES SOUS FAMILLES DE CHIMIOKINES Famille Structure CXC chimiokine C1XC2 C3 feuillets CC chimiokine C1C2 C3 b1 C chimiokine b2 C3 C2 b1 CX3C chimiokine C4 b2 b1 b2 C3 C1XXXC2 b1 Chromosome b2 b3 C4 b3 C4 14q12-21 Hélice a 17q11.2-12 1q23 b3 C4 b3 16 ASA 6 LES CHIMIOKINES Première classification basée sur des critères structuraux Présence de ponts disulfures forme globulaire des chimiokines * C4 1 * C X C 2 C 1 3 3 C4 C C 2 C CC chimiokine CXC chimiokine 4 C * C 2 3 C Cystéine X 1 C XX X C 3 XC chimiokine C * Acide aminé quelconque C 4 2 C CX3C chimiokine (domaine chimiokine) * extrémité N terminale ASA 7 LES CHIMIOKINES classification et nomenclature Première classification basée sur des critères structuraux CXC : 17 membres CC : 28 membres XC : 2 membres CX3C : 1 membre CXCL1 à CXCL17 (ELR+, ELR-) CCL1 à CCL28 XCL1, XCL2 CX3CL1 numéro correspondant à l’ordre de dépôt de séquence dans la base de données cytokines cDNA database : http://cytokine.medic.kumamotu.ac.jp/CFC/CK/chemokine.html ASA 8 LES CHIMIOKINES classification et nomenclature Classification basée sur des critères fonctionnels chimiokines homéostatiques ou constitutives produites et sécrétées en faible quantité par les organes dans les conditions physiologiques normales chimiokines inflammatoires ou inductibles produites massivement uniquement dans un contexte inflammatoire, infectieux ou tumoral par le tissu lui même ou par les leucocytes infiltrant les tissus ASA 9 Les chimiokines et leurs récepteurs une cinquantaine de chimiokines :4 C C C C C CXCL(1 à 17) C C CC CXC sous-familles C XCL1,2 CCL(1 à 28) une vingtaine de récepteurs : CXXXC C CX3CL1 4 sous-familles ext membrane int a a b b CXCR (1 à 7) CCR(1 a b à 10) XCR(1,2) a b CX3CR ASA 10 Les chimiokines et leurs récepteurs CCR3 CCR4 CCR5 CCR2(A,B) CCR7 CCR1 CCR8 CXCR7 une cinquantaine de chimiokines … CXCR3 CCR10 une vingtaine de récepteurs … CCR11 20 récepteurs CXCR2 XCR1(A,B) relation chimiokine-récepteur de type polygamique CXCR1 CCR6 CCR9 DARC CX3CR1 D6 3 récepteurs silencieux ou leurres CCXCKR CXCR4 CXCR5 CXCR6 D’après Balkwill, Nat Rev Cancer (2004), 4, 540-550 ASA 11 Les chimiokines et leurs récepteurs CCL3,5,6,7,8,11,13,15,24,26,27,28 CCL17,22 CCR4 CCR3 CCL2,3,6,7,8,12,13,16,27 CCL,5,6,7,9,10,13,14,15,1,23, CCL3L1 CXCL11,12 CCR5 CCR2 CCL3,4,5,8,14,CCl3L1,CCL4L1 CCL19,21 CCR7 CCR1 CXCR7 récepteurs partagés CXCL1,6,7,8 récepteurs silencieux CCR9 D6 CCL19,21,25 CXCL13 CX3CR1 CCXCKR CCL20 CCR6 récepteurs non partagés DARC CCL2,3,5,7 CCL17,22 XCL1,2 XCR1 CXCR1 CCL2,5 CXCL1,8 CCL19,21,25 CCR11 CXCR2 CXCL1,2,3,5,6,7,8 CCL27,28 CCR10 CXCR3 CXCL9,10,11 CCL1, CCL3L1 CCL4L1 CCR8 CCL25 CX3CL1 CXCR4 CXCR5 CXCR6 CXCL12 CXCL13 CXCL16 D’après Balkwill, Nat Rev Cancer (2004), 4, 540-550 12 12 ASA Les récepteurs des chimiokines Récepteurs à 7 domaines transmembranaires couplés aux protéines G trimériques Récepteurs formés d ’une chaîne polypeptidique de 350 à 360 acides aminés Extrémité N terminale extracellulaire et extrémité C terminale intracellulaire NH2 Ext membrane Int interaction G trimériques COOH ASA 13 14 Modèle d’interaction chimiokines/récepteurs D’après O’Hayre M et al, Biochem. J. (2008) 409, 635-649 ASA 14 Cascades de signalisation induites par les interactions chimiokines/récepteurs , Apoptosis D’après O’Hayre M et al, Biochem. J. (2008) 409, 635-649 ASA 15 Les chimiokines et leurs récepteurs … fonctions Chémoattraction: recrutement cellulaire leucocytes: réponse immunitaire Chimiokines constitutives et inductibles cellules tumorales: domiciliation métastatique Chimiokines constitutives Prolifération/Survie/Apoptose Chimiokines constitutives et inductibles ASA 16 Les CXC chimiokines et leurs cibles cellulaires Famille ERL+ C X C IL-8 (CXCL8) GRO-a (CXCL1) GRO-b (CXCL2) GRO- (CXCL3) ENA-78 (CXCL5) GCP-2 (CXCL6) NAP-2 (CXCL7) Cellules cibles N, T, Ba, CE, NK, K, Me N, Me, CE, T, Ba N, Ba, CE, T N, Ba, CE, T N, CE N, CE N, Ba, F, CE Motif ERL = glutamate-leucine-arginine ERLchimiokines constitutives M = Monocyte N = Neutrophile L = Lymphocyte Chimiokines PF4 (CXCL4) IP-10 (CXCL10) MIG (CXCL9) SDF-1ab (CXCL12) BCA-1(CXCL13) ITAC (CXCL11) CE = Cellule Endothéliale F = Fibroblaste Ba = Basophile T, F, CE T, NK, M, CE T, EC L,L,CD34+, M CD34+,N, N,, M T, souches B, T T = Lymphocyte T B = Lymphocyte B NK = Natural killer K = Kératinocyte Me = Mélanocyte ASA 17 7 LES CXC CHIMIOKINES CXC ELR + : chimiokines angiogéniques CXCL8: IL-8 (Interleukin-8) CXCL5 : ENA-78 (Epithelial cell-derived neutrophil-activating factor-78) CXCL1: GRO-a (Growth Related Oncogene-a) CXCL2: GRO-b (Growth Related Oncogene-b) CXCL3: GRO- (Growth Related Oncogene-) CXCL6: GCP-2 (Granulocyte chemotactic protein-2) CXCL3: PBP (Platelet basic protein) CXCL3: CTAP-III (Connective tissue activating protein-III) CXCL13: b-TG (b-thromboglobulin) CXCL7: NAP-2 (Neutrophil-activating peptide-2) CXC ELR - : chimiokines angiostatiques CXCL4: PF4 (Platelet factor 4) CXCL10: IP-10 (Interferon-g- inducible protein) CXCL9: MIG (Monokine induced by interferon-g) CXCL12: SDF-1 (Stromal cell-derived factor-1) ASA 18 Les CC chimiokines et leurs cibles cellulaires Chimiokines Cellules cibles MCP-1 : CCL2 MCP-2 : CCL7 MCP-3 (CCL8) MCP-4 (CCL13) MCP-5 (CCL2) MIP-1a (CCL3) MIP-1b (CCL4) RANTES (CCL5) Eotaxin (CCL11) I-309 (CCL1) HCC-1 (CCL14) MIP-3a (CCL20) MIP-3b (CCL19) TARC (CCL17) TECK (CCL25) 6CKine/SLC (CCL21) MDC (CCL22) DC-CK1/PARC (CCL18) M, Ba, Tm, NK, CD, CMS M, Ba, E, Tm-n, NK, CD M, Ba, E, Tm, NK, CD M, E, T, Ba M, E, T M, Ba, N, T, souches, NK, CD, B M, T, souches, NK, CD M, Tm, E, Ba, CD, NK E M, T, M M, souches L L,chimiokines M, L,M constitutives M, T M, CD, Ma, CD,thymocytes thymocytes T, souches CD, NK, T CD M = Monocyte B = Lymphocyte B CD = Cellule dendritique MA=Macrophage Ba = Basophile NK = Natural killer Tm = T mémoire CMS = Cellule de Muscle Squelettique L = Lymphocytes Tn = T naïf E = Eosinophile ASA 19 Les familles C et CX3C chimiokines Famille XC CX3C Chimiokine Cellules cibles Lymphotactine Thymocyte, Lymphocyte T, NK, Cellule dendritique a b XCL1, XCL2 Fractalkine CX3CL1 T (CD4 TH1 et CD8), NK, Cellule dendritique, Monocyte ASA 20 Chimiokines non conventionnelles: CX3CL1 et CXCL16 Chimiokines conventionnelles = protéines sécrétées de faible poids moléculaire (7 à 14 kDa) Chimiokines non conventionnelles = protéines de haut poids moléculaire (92-95 kDa), une forme membranaire et une forme soluble (90-92 kDa) domaine mucine domaine transmembranaire C C C XX X C C zone de clivage CX3CL1 domaine intracellulaire C X C C domaine chimiokine : 10-12 kDa CXCL16 ASA 21 IIe Partie Mécanismes impliqués dans le contrôle du développement des tumeurs par les couples chimiokines/récepteurs ASA 22 IIe Partie 1: contrôle de la domiciliation des métastases par les couples chimiokines /récepteurs ASA 23 Effets protumoraux des couples chimiokines/récepteurs Domiciliation des métastases vaisseau sanguin tumeur primaire organes secondaires domiciliation récepteurs de chimiokines surexprimés expansion chimiokines chimiokines constitutives récepteurs Les couples impliqués dépendent de la tumeur d’origine et de l’organe cible où vont se nicher les métastases Croissance tumorale : contrôle prolifération/survie et apoptose des cellules tumorales ASA 24 Les couples chimiokines/récepteurs dans la domiciliation des métastases cellules tumorales surexprimant des récepteurs de chimiokines chimiokines sécrétées constitutivement par les tissus Adénocarcinomes mammaires CXCR4 CXCR3, CXCR7 Mélanomes CXCR4 CXCR3,CXCR7 Ostéosarcomes CXCR4 CXCR3,CXCR7 CXCL12 poumons CXCL9 à 11 CXCL12 moelle osseuse Adénocarcinomes prostatiques CXCR4 Rhabdomyosarcomes CXCR4 Adénocarcinomes coliques CXCR4 CXCR3, CXCR7 CXCL9 à 11 CXCL12 CXCL19 à 11 ganglions lymphatiques CXCL12 CXCL19 à11 foie ASA 25 Conclusion Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques représentent de nouvelles cibles thérapeutiques: - Bloqueurs pharmacologiques des récepteurs essai de phase II sur métastases pulmonaires des cancers mammaires avec des bloqueurs de CXCR4 - Anticorps bloquants anti-chimiokines et anti-récepteurs - Récepteurs solubles ASA 26 II Partie B: contrôle de l’immunité antitumorale par les couples chimiokines/récepteurs ASA 27 L’immunité anti-tumorale : concept de l’immuno surveillance (Burnet and Thomas, 1970) Les cellules effectrices du système immunitaire inné et adaptatif peuvent reconnaître et détruire des cellules néotransformées Système immunitaire inné Système immunitaire adaptatif T CD4+ and T CD8+ cells Natural Killer cells (NK) Natural Killer T cells (NKT) Macrophages (M) Dendritic cells (CD) ASA 28 24 Les chimiokines sont les médiateurs essentiels du recrutement des leucocytes dans les tumeurs Neutrophiles Lymphocytes B Cellules tumorales Cellules dendritiques Cellules Natural Killer Monocytes Macrophages Lymphocytes T chimiokines Chimiokines infiltration leucocytaire réponse anti-tumorale effet pro-tumoral ASA 29 Les macrophages dans les tumeurs TAMs : Tumor Associated Macrophages Jusqu’à 5O% de l’infiltrat leucocytaire Rôles différents au cours du développement tumoral M1 TAMs de type M2 dans les tumeurs M2 ASA 30 25 Les chimiokines et les TAMs Principale chimiokine impliquée : CCL2 CCL2 exprimée par cellules tumorales et stromales des cancers du colon, poumon, sein, os, col de l’utérus, ovaire, vessie, gliomes … Relation complexe entre CCL2/TAMs et pronostic, dépend du cancer considéré et de son environnement Niveau d’expression de CCL2 détermine le type de TAMs recrutés dans certains cancers Implication de CCL5 (recrutement de TAMs de type M2) ASA 31 Activation des sous populations de lymphocytes T Pour rappel Deux sous-populations de T T CD4 ou Helper T CD8 ou Cytotoxique ASA 32 Les lymphocytes T helper Régulation APC TcR C D 28 cellule T helper IL-5, IL-13, IL-4 Th2 Pathogènes intracellulaires, immunité anti-tumorale Pathogènes extracellulaires (allergène, parasite) CD4 CLII B7 Elimination de l’antigène Th 1 CD4 Présentation TcR CD28 cellule T helper Th17 Treg Pathogènes extracellulaires, champignons, maladies auto-immunes Inhibition des réponses immunes Tolérance Les chimiokines induisant le recrutement de CD8 et/ou de CD4 Th1 vont favoriser une réponse immune anti tumorale ASA 33 28 Chimiokines responsables du recrutement des lymphocytes T et des NK dans les tumeurs Présence de lymphocytes T et cellules NK = facteur de bon pronostic Carcinomes du nasopharinx et de l’ovaire : CCL5 et CCL3 (via CCR5) responsables recrutement des CD4 Th1 Carcinome mammaire : CCL19 (via CCR6) responsable du recrutement des CD4 et CD8 mémoires Carcinome colique : CX3CL1 (via CX3CR) responsable du recrutement des CD4 Th1, CD8 et NK Carcinome du pancréas : CXCL16 (via CXCR6) responsable du recrutement des CD4 Th1, CD8 et NK ASA 34 Les cellules dendritiques dans les tumeurs CDs : cellules présentatrices d’antigènes professionnelles stade immature et stade mature Recrutement des CDs immatures dans les tumeurs par des chimiokines inflammatoires produites par les tumeurs Acheminement des DCs matures de la tumeur vers les ganglions par des chimiokines constitutives produites par les ganglions Présentation des antigènes tumoraux par les CDs matures aux lymphocytes T naïfs dans les ganglions initiation réponse immunitaire spécifique ASA 35 Les chimiokines et les cellules dendritiques Présence de CDs dans les cancers de: estomac, nasopharinx, poumon, rein, tyroïde, sein, prostate CCL20 intratumoral pourrait des être DCs responsable immatures et du recrutement CCL5 (CCR7) interviendrait dans l’acheminement des DCs matures depuis la tumeur vers les ganglions Corrélation complexe entre chimiokines/CDs et pronostic Rôle des DCs dans les tumeurs dépend : phénotype des CDs (mature/immature) localisation des CDs (intra/péri-tumorale) type de tumeur ASA 36 Recrutement des cellules immunitaires et réponse antitumorale CDs Effet pro-tumoral Effet anti-tumoral TAMs CDs T et NK CDs + - Croissance des tumeurs ASA 37 III Partie Etude pré-clinique d’immunothérapie génique des métastases des cancers colorectaux chimiokines aptes à recruter des leucocytes dans les tumeurs réponse immune anti-tumorale de l’hôte Fractalkine (FKN) CX3CL1 Thèse de Sciences Dr Babou Karimdjee ASA 38 Le cancer colorectal Tumeur maligne parmi les plus fréquentes 36 000 nouveaux cas et 16 000 décès par an Gravité de la maladie liée à l’apparition des métastases Sites préférentiels des métastases - foie (50%) - poumons (15%) Taux survie à 5 ans - moins de 10% sans chirurgie - 20 à 30% après chirurgie utiliser les chimiokines dans de nouvelles stratégies thérapeutiques des métastases ASA 39 La fractalkine ou CX3CL1: une chimiokine non conventionnelle candidate pour l’immunothérapie Structure Fonctions - FKN-m : adhésion des leucocytes FKN-s FKN-m - FKN-s : recrutement cellulaire cellules NK Clivage membrane lymphocytes CD4 TH1 et CD8 cellules dendritiques monocytes Fractalkine,CX3CL1, FKN des tumeurs par la fractalkine pourrait Hypothèse: le traitement stimuler une réponse immune antitumorale et conduire à une régression des tumeurs ASA 40 Modèles métastatiques et protocole de traitement Modèles expérimentaux de métastases utilisés pulmonaires cellules tumorales coliques (lignée C26) poumons polymétastatiques 2 à 3 sem injection veine de la queue hépatiques cellules C26 injection veine porte foie polymétastatique 2 à 3 sem Traitement délivré sous forme de gène (thérapie génique) J:0 injection cellules C26 dans veine porte Balb/c J5 J13 J21 euthanasie des souris (utilisation de vecteurs chimiques) traitement FKN ASA 41 Effet du délivrage du gène FKN sur le développement des métastases pulmonaires Réduction significative de la progression des 57% métastases au niveau des poumons suite au traitement par la FKN control control vector Vector +FKN ASA 42 Tumor development n liver (g) Effet du délivrage du gène FKN sur le développement des métastases hépatiques 6 ns p<0.05 5 Réduction significative de la progression des 4 3 69% métastases au niveau 2 du foie suite au 1 traitement par la FKN 0 control control vector Vector +FKN ASA 43 Phénotype des leucocytes infiltrants cellules infiltrant les tumeurs (%/total) modèle de métastases hépatiques *** *** 6 *** Souris traitées par le vecteur vide Souris traitées par le vecteur+FNK 4 2 0 T CD4+ T CD8+ NK Augmentation du recrutement des CD4, CD8 et NK dans les tumeurs traitées par la FKN ASA 44 Phénotype des leucocytes impliqués dans l’effet anti-tumoral de la FKN Modèle de métastases hépatiques Utilisation d’anticorps ‘déplétants’ Volume médian tumoral (mm3) Souris traitées FKN 1600 p<0,05 1200 1146 mm3 p<0,05 800 0 souris : 18.8 mm3 contrôles T CD8 < T CD4 NK non impliquées ns 400 Contribution 118.8 mm3 déplétées NK 282 mm3 déplétées déplétées CD8 CD4 Les effets anti-tumoraux de la FKN observés au niveau des métastases résultent du recrutement des cellules CD4 et CD8 ASA 45 Chimiokines et Immunothérapie En conclusion À l’heure actuelle pas d’essais cliniques avec les chimiokines En pré-clinique, effets prometteurs mais dépendants de la nature des tumeurs et des sites considérés, notamment pour les métastases L’immunothérapie par les chimiokines est une piste potentielle comme nouvelle stratégie anti-cancéreuse association avec d’autres thérapies notamment en ASA 46 Les questions potentiellement intéressantes 1- Quels sont les critères structuraux qui ont servi de base à la première classification des chimiokines 2- Donner la définition d’une chimiokine constitutive et d’une chimiokine inductible 3- Quelle est la différence essentielle entre les récepteurs (CCR, CXCR, XCR et CX3CR) et les récepteurs leurres 4- A quoi correspond un motif ERL et dans quelle famille de chimiokines le retrouve-t-on 5- Vis à vis de l’angiogenèse, quelle est la propriété que confère le motif ERL aux chimiokines 6- Citez une chimiokine non conventionnelle, décrivez les différents domaines présents dans cette molécule ASA 47 Les questions potentiellement intéressantes…..suite 7- Décrivez brièvement comment les couples chimiokines/récepteurs contrôlent le processus métastatiques. Utilisez dans la réponse les termes suivants : récepteurs surexprimés, chimiokines constitutives, tumeur primaire, organes secondaires, métastases, nature et nombre, couples chimiokines/récepteurs 8- Quels sont les différents types de leucocytes qui sont attirés par la chimiokine CX3CL1 (fractalkine) 9- Quelle est la chimiokine qui a été utilisée dans un essai pré-clinique d’immunothérapie génique des métastases des cancers du colon 10- Comment est délivrée cette chimiokine au niveau des métastases 11- Quel est le mécanisme impliqué dans l’effet anti-tumoral de la chimiokine utilisée dans cet essai pré-clinique
