Tumeurs et immunité Plan général • Caractéristiques des pathologies tumorales • Les antigènes tumoraux – Antigènes reconnus par les cellules T – Antigènes reconnus par des anticorps • Mécanismes effecteurs de la réponse immune anti-tumorale – – – – Lymphocytes T Cellules NK Macrophages Anticorps • Mécanismes d'échappement Caractéristiques des pathologies tumorales • • • • • • • Proliférations clonales Anomalies génétiques acquises Croissance+++ Diminution différenciation Perte inhibition de contact Modifications phénotypiques Capacité métatastatique Oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs Localisation du produit Nom Extracellulaire sis hst Fonction Biochimique présumé Mode d ’action Implications dans - Chaîne B du PDGF, ligand d ’un récepteur membranaire - Ligand d ’un récepteur membranaire - Stimule la croissance cellulaire - Sarcomes des tissus conjonctifs - Adénocarcinomes gastriques, … hépatiques, coliques Sarcome de Kaposi. - Ostéosarcomes, adénocarcinomes gastriques - Ostéosarcomes, adénocarcinomes gastriques - Adénocarcinomes mammaires, gastriques et ovariens les tumeurs humaines hgf - Ligand d ’un récepteur membranaire - Stimule la croissance cellulaire, impliqué dans la néoangiogénèse tumorale - Stimule la motilité et la croissance cellulaires met - Récepteur du HGF activité, î tyrosine kinase - Stimule la croissance et motilité erb-B2 - Récepteur à activité tyrosine kinase plusieurs ligands possibles - Stimule la croissance src - Tyrosine kinase - Transmission des signaux de prolifération ras - Protéine G monomérique gsp - Sous-unité as mutée d ’une protéine G hétérotrimérique - Transmission des signaux - Cancers du pancréas, de prolifération du côlon, des bronches de la thyroïde, leucémies aiguës myéloïdes - Transduction des signaux - Adénomes mitogènes dans certaines hypophysaires à GH, cellules cancers de la thyroïde abl - Tyrosine kinase - T rasnmission des signaux - Leucémiemyéloïde de prolifération chronique raf - Sérine et thréonine kinase - Transmission des signaux - Intervention de prolifération indirecte probable dans de nombreuses tumeurs Mitochondrie bcl-2 Anti-oxydant ? Inhibe l’apoptose Lymphomes-nodulaires Noyau c-myc Facteur de transcription Effecteur de signaux de prolifération Lymphomes, cancers bronchiques, cancers du col utérin... Transmembranaire Face interne de la membrane plasmique Cytoplasme (1) d ’après T. Tursz et N. Janin, Traité d ’Immunologie JF Bach 1994, p. 727 (reproduit avec autorisation) - Probablement nombreuses mais de manière indirect Oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs • Gène Exemple de gènes suppresseurs de tumeurs (1) Localisation (1) Fonction Tumeurs héréditaires Tumeurs sporadiques RB N F. transcription Rétinoblastome id + C. bronchique, vessie, prostate, leucémies P53 N/C F. transcription Sd Li-Fraumeni majorité des cancers WT-1 N F. Transcription T. de Wilms T. de Wilms NF1 C Activ. GTPase Neurofibromatose de C. coliques, Recklunghausen astrocytome anaplasique… APC C Cytosquelette Polypose familiale C. du colon DCC M Homologue M -CAM 0 C. colon, bronches, œsophage PTP M Tyrosine phosphatase 0 C. bronchique p etites cellules ? mm23 M Nucléoside diphosphate 0 kinase M élanomes, C. coliques (1) N: noyau, C: cytoplasme, M : membrane plasmique Adapté d ’après T. Tursz et N. Janin, Traité d ’immunologie, JF Bach, 1994, p. 728. Tumeurs viro-induite: EBV, HBV, VHC, HTLV, HPV… Exemples de tumeurs viro-induites chez l ’homme Virus(1) Tumeur Autres formes cliniques de l ’infection virale EBV - Syndromes lymphoprolifératifs des immunodéprimés - Lymphome de Burkitt - Cancer du rhinopharynx - Lymphome de Hodgkin - M ononucléose infectieuse - Syndrome d ’hémophagocytose - Déficits immunitaires (f. familiales. S. de Purtillo) HTLV-1 Leucémie à cellules T S. de parésie spasmodique HPV-16, 18 Cancer col utérin - Dysplasies épithéliales - Papillomatose laryngée HPV1-45 - M aladie de Bowen (cancer in situ) - Dyskératoses, verrues - Epith. Spinocellulaire (immunodéprimés) HBV Hépatocarcinome Hépatite, cirrhose HCV Hépatocarcinome Cirrhose, pathologie extrahéaptique KSHV (HHV8) M al. De Kaposi M al. De Castelman multicentrique, lymphadénopathies (1) EBV : virus d ’Epstein-Barr; HTLV-1 : human T cell leukemia virus type I ; HPV : papilloma virus ; HBV: virus de l ’hépatite B humaine ; HCV : virus de l ’hépatite C humaine ; KSHV : virus herpes du sarcome de Kaposi Démonstration de l’immunité anti-tumorale Tumor ce lls isolat e d from primary t umor in st rain A mouse Tumor ce lls from st rain A mouse inje ct e d int o irradiat e d st rain A mice Tumor ce lls from st rain A mouse inje ct e d int o normal st rain A mice Me asure Tumor growt h Me asure Tumor growt h Me asure Tumor growt h Tumor grow until animals die Some tumors grow until animals die (progressor tumors),other grow for a while and are then rejected (regressor tumors) Tumor ce lls from st rain A mouse inje ct e d int o st rain B mice Tumor are rejected as allogeneic grafts Démonstration de l’immunité anti-tumorale Immunize mouse wit h Irradiat e d t umor ce lls Inje ct viable ce lls of t he same t umor Inje ct viable ce lls of t he same t umor t ype Re sponse t o unique t umor re je ct ion ant ige ns e liminat e s t umor Re sponse t o share d t umor re je ct ion ant ige ns e liminat e s unre lat e d t umor of t he same t ype Inje ct viable ce lls of a diffe re nt t umor Re sponse t o t umors of one t ype will not e liminat e unre lat e d t umors of a diffe re nt ce ll t ype Mise en évidence d’une RI antitumorale: modèles expérimentaux • Réaction de rejet de certaine tumeur induite si transfert au sein d’une même souche de souris avec régression et dans certains cas protection • Pas observé si T déficientes • transmissible Les antigènes tumoraux • Antigènes specifiques de tumeurs – non présents sur cellules normales • Antigènes associés aux tumeurs – présents sur cellules normales – restreints ou non à un type de tissu • On distingue les antigènes tumoraux reconnus par : – Lymphocytes T • Tumeurs viro-induites : elles expriment des proteines virales normales, mutées ou dérégulées = réponse T – Anticorps • Tumeur avec mutation et déregulation de gènes entrainant des anomalies de synthèse (sucres, lipides) = réponse B – Certains antigènes = cibles pour NK Le pouvoir immunogène des tumeurs est très variable Two ways in which a t umor can be re cognize d by t he immune syst e m Re act ivat ion of e mbryonic ge ne s not normally e x pre sse d in t he diffe re nt iat e d ce ll Ove re x pre ssion of normal se lf prot e in by a t umor ce ll change s de nsit y of pe pt ide pre se nt at ion allowing re cognit ion by T ce lls Ag tumoraux/Ag responsables du rejet des tumeurs= TRA( tumor rejection Ag) • Ag qui provoquent un rejet, identifiés par réaction mixte Cell T/LT ou culture de TIL – Ex: MAGE associés aux mélanome – MUC-1 associés aux cancers du poumon et pancréas • Pas de RI vis à vis des oncogènes responsables de l’apparition des tumeurs: p21 muté, P53 muté, protéines de fusion Antigènes tumoraux reconnus par les lymphocytes T • Mise en evidence – Etudes de transplantations chez les rongeurs – Etablissement de lignées clonales de CTL – Identification d’antigènes peptidiques • Les cellule tumorales présentent leurs propres antigènes = reconnaissance CD8 • Certains antigènes sont reconnus par les lymphocytes CD4 Antigènes tumoraux reconnus par les lymphocytes T • Produits de gènes cellulaires mutés non liés à des oncogènes • Produits d’oncogènes ou de mutations de gènes suppresseurs • Antigènes tumoraux codés par des virus oncogéniques • Antigènes de differenciation specifiques de tissus Antigènes tumoraux reconnus par les lymphocytes T • • 1/ Antigènes de mélanome . Protéines spécifiques des mélanocytes – – – – • MAGE-1 MAGE-3 GAGE-1, 2 BAGE NAG-T(1) HLA-A1, Cw16 HLA-A1, A2 HLA-Cw16 HLA-Cw16 HLA-A2 . Ag tumoraux mutés – – – • HLA-A2 HLA-A2 HLA-A31 HLA-A2, A24, B44, DR4 . Ag tumoraux exprimés dans différents tissus – – – – – • gp 100 (5 épitopes) MART-1/Melan A TRP-1 (gp 75) Tyrosinase (6 épitopes) Élément de restriction β-caténine (2) MVM-1 CDK4 HLA-A24 HLA-B44 HLA-A2 2/ Antigènes d ’autres tumeurs – – – HER-2/neu(3) HPV E6, E7(3) MUC-1 (mucine)(3) HLA-A2 HLA-A2 non restreint Antigènes tumoraux reconnus par des anticorps • Antigènes oncofoetaux – CEA – alpha foeto-proteine • Antigènes glycolipidiques ou glycoproteiques altérés – gangliosides – Groupes sanguins – Mucines • Antigènes de differenciation spécifiques de tissus Immunité naturelle • NK+IL-2 = LAK lysent les cellules tumorales qui présentent une diminution d’expression des molécules HLA • MΦ+IFNγ • MΦ+LPS • MΦ+TNF-α: lyse par apoptose Les CPAg aux lymphocytes T 1) Cellules dendritiques 2) Macrophages 3) Lymphocytes B Points communs Origine hématopoïétique Captent l’antigène, l’apprêtent et l’expriment à leur surface associé au molécules du CMH Expriment de façon constitutive ou inductible •Des molécules de CMH •Des molécules d ’adhésion •Des molécules de costimulation Différences Mode de capture de l’antigène Types d ’antigènes captés et présentés Niveau d ’expression •des molécules du CMH •molécules d ’adhésion et de costimulation LymphocytesT stimulés •CD4/CD8 •Naïf/mémoire (réponse primaire/secondaire) RI spécifique antitumorale • Besoins de CPAg+HLA II pour induire des CD4 et CMH I pour CD8 • Présentation par les cellules tumorales et les DC qui peuvent capter des antigènes tumoraux solubles et des cellules apoptotiques • On retrouve rarement des CD8+ chez les patients= mec d ’échappement • Des anticorps antitumeurs sont mis en évidence • Participe à l ’ADCC • In vivo, rôle = nul ou facilitant Mécanismes effecteurs de la réponse immune anti-tumorale (I) • Lymphocytes T – CTL CD8 • Rôle dans l’immunosurveillance et la destruction de cellules tumorales • Présence de TIL dans les tumeurs • Efficacité in vivo depend du type de tumeurs (viro-induite +++) – CD4 • Cellules auxillaires augmentent l’activité CTL en apportant des cytokines – IFN γ – TNF α Mécanismes effecteurs de la réponse immune anti-tumorale (II) • Cellules NK – Rôle dans l’immunosurveillance – destruction par lyse directe activée par altération du CMH I – ADCC – Activité NK augmente avec IFNγ, TNFα, IL-2, IL-12 Mécanismes effecteurs de la réponse immune anti-tumorale (III) • Macrophages – Fc R = ADCC – TNFα • effet direct • effet indirect : réaction type Schwartzman – Fas-Ligand • Anticorps – Réponse faible sauf Ag viraux – Participe à ADCC Echappement • Volume tumoral: – si petit peu immunogène – Si important: production de facteurs immunosupresseurs: TGFβ, IL10 • Role du microenvironnement tumoral • Les cellules tumorales sont peu immunogènes • Les cellules tumorales induisent un environnement favorisant leur développement et inhibant la RI Mécanismes d’échappement: les cellules tumorales sont peu immunogènes • Pas d’antigène spécifique exprimé par la tumeur ou exposé à la RI • Défaut d’expression de peptides antigéniques ou de molécules du CMH I • Instabilité génétique entraînant des mutations ou délétions des gènes du CMH • Diminution ou absence de molécules d’adhésion et costimulation pour induire une réponse primaire = Non stimulation des CTL • Modulation antigénique par fixation d’anticorps • Masquage d’antigènes par sécrétion de molécules du glycocalix • Résistance à l’apoptose (Bcl2) Mécanismes d’échappement: Les cellules tumorales créent leur propre environnement • Sécrétion de molécules immunosuppressives inhibant la RI et favorisant l’augmentation des lymphocytes T régulateurs et de DC tolérogènes (TGFß, IL10, PGE2, VEGF) • Destruction des cellules normales et des lymphocytes T par expression de FasLigand Equilibrium between effector T-cells and suppressor T-cells Nature Immunol 2003 Evidence of CD4+CD25+ Treg in mice Sakaguchi et al. 1995 Balb/c nu/nu CD25+ Incidence Gastritis Oophoritis 2-3 months Thyroiditis Sialoadenitis Adrenalitis Transfer of splenocytes Insulitis after depletion of CD4+ CD25+ cells conclusions • Autoreactivity of the T-cell repertoire • Physiological control by Treg • Therapeutic potential +++ +++ ++ ++ +/+/- Mode of action of Treg APC Treg IL-10 TGFß Tefg Tre Definition and properties of CD4+CD25+ Treg • 5-10% of CD4+ T cells CD25 • Immunophenotypic markers CD4+, CD25hi, CD62Lhi, CD44hi, CTLA-4+, GITR+ Foxp3+ • thymo-dependent, auto-reactive • inhibition of activated T-cells CD4 • Physiological regulation of auto-immunity • Activation is Ag-specific, suppression is non Agspecific Foxp3 : a Treg-specific transcriptional factor Foxp3+ rétroviral vector Foxp3 control + Hori et al. 2003 vector Foxp3+ CD25 GFP Foxp3- Evidence of CD4+ CD25hi Treg in human Dieckmann D et al. Jonuleit H et al. Levings MK et al. Baecher-Allan C et al. Ng WF et al. J Exp Med 2001; 193: 1303-10 J Exp Med 2001; 193: 1285-94 J Exp Med 2001; 193: 1295-302 J Immunol 2001; 167: 1245-53 Blood 2001; 98: 2736-44 Jonuleit H et al. J Exp Med 2002; 196:255-60 Human regulatory suppressor T-cells Population of CD4+ CD25+ cells (3-5% of CD4+ T-cells) Immunophenotypic patterns 4 10 8.27 91.7 3 1 2 3 4 10 CD4 APC C D4+ C D25 - C D4+ C D25 + 1 2 3 4 2 10 1 10 0 10 0 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 CD25-PE 1 : CD4 2 : IL-10 3 : CTLA-4 4 : FoxP3 Regulatory/suppressor T-cells Inhibition of T-cell proliferation by Treg 30000 cpm 25000 20000 15000 10000 5000 0 C D25- C D25-/C D4+C D25+ Beneficial and deleterious effects of Treg Beneficial effects Control of autoimmunity Deleterious effects Treg Inhibition of anti-tumor response Control of inflammation (atherosclerosis) Induction of tolerance Control of GVHD Chronic infections Fig. 1. Cancer patients show a significant increase in CD4+CD25+ T cells. A, the percentage of CD4+CD25+CD45RA- T cells in the peripheral blood of 42 cancer patients was determined by flow cytometry and compared with 34 healthy controls. Fig. 2. Increased inhibition of CD4+ T cell proliferation by CD4+CD25+ T cells of cancer patients. The proliferative response of freshly isolated CD4+ T cells of 7 cancer patients and 3 healthy controls activated with plate-bound OKT3. [3 H]thymidine incorporation was determined in triplicates before and after depletion of CD25+ T cells as well as of the isolated CD4+CD25+ T cells. Etude des Treg dans les cancers de l’ovaire Curiel et al (Nat med 2004) Augmentation des Treg CD4CD25++ dans le sang, l’ascite et la tumeur Augmentation dans l’environnement tumoral de CCL22 (attire les Treg qui expriment CCR4) Démonstration dans un modèle murin NOD/SCID de l’attraction des Treg Rôle pronostic du nbre de Treg/ stade des cancers de l’ovaire Rôle de Fas / Fas-L Fas = présence ubiquitaire Fas-L = T, NK activés, quelques B Fas-L Fas + Cellu le tum orale T Tolérance Immunitaire + ¢ norm ale Fas D estruction des cellu les norm ales + progression tum orale Immunothérapie (1) • • • Immunoprévention: pour les tumeurs viraux induites: vaccination antivirale comme HBV Identification des antigènes tumoraux qui induisent des CTL Vaccination anti-tumorale avec ces antigènes tumoraux – Ex MAGE 3 présenté par HLA A1 dans mélanome – MART-1 présenté par HLA-A2 exprimé par mélanome et mélanocytes – Association de ces antigènes+DC pour potentialiser la RI • Sensibilisation avec des lysats tumoraux, protéines ou peptides tumoraux • Transfection avec cDNA codant pour Ag tumoral • Nombreux modèles animaux • Chez l’homme, premiers essais confirment : » Mélanome: Neslé » Lymphome: Hsu • Applicable surtout pour le traitement de la maladie résiduelle • Utilisation d’adjuvant comme le KLH (keyhole limpet hemocyanin) Immunothérapie (2) • • • Augmenter le caractère immunogène des cellules tumorales en les transfectant avec certains gènes comme le GM- CSF, IL-2, molecules de costimulation B7 Ac monoclonaux vis à vis d’Ag tumoraux Couplés à des isotopes, des médicaments, des toxines, des enzymes Immunothérapie non spécifique – BCG active les MΦ et NK utilisé dans cancer de la vessie – Cytokines IFN-α IL-2 Cellules tueuses LAK/NK – Diminuer les lymphocytes T régulateurs