Role of chemokine receptor CX3CR1 in the monocytes mobilization induced by chemotherapy

Les chimiokines (CKs) jouent un rôle important dans l’orchestration de la réponse immunitaireen contrôlant notamment la mobilisation des cellules immunitaires. Les cellules myéloïdes et, enparticulier, les monocytes sont impliquées dans le processus inflammatoire et notamment dansle développement des cancers. En effet, les cellules dérivées des monocytes ou macrophagesassociés aux tumeurs sont fortement représentés dans le micro environnement tumoral et sontsouvent associés à un mauvais pronostic. La caractérisation des mécanismes aboutissant aurecrutement des monocytes dans la tumeur représentent donc un enjeu majeur pourl’optimisation des protocoles thérapeutiques anti-cancéreux. Chez la souris, deux populationsmonocytaires sont caractérisées sur la base de l’expression différentielle des récepteurs auxchimiokines CCR2 et CX3CR1 et interviennent dans leur recrutement et leur différenciation enmacrophages dans les tissus, les monocytes inflammatoires (CCR2+, CX3CR1low) et les monocytesdits résidents (CCR2-, CX3CR1high). L’objectif principal de mon projet de recherche a été de mieuxcomprendre les mécanismes contrôlant la mobilisation des monocytes suite à un traitementchimiothérapeutique. J’ai entrepris d’étudier le rôle des récepteurs aux chimiokines, enparticulier CX3CR1, dans la reconstitution monocytaire après traitement chimiothérapeutiquepar le cyclophosphamide (CP), un agent alkylant reconnu pour son activité myélosuppressive. LeCP provoque un renouvellement des monocytes et une forte infiltration de la tumeur par les LTspécifiques de la tumeur (issus d’un transfert adoptif) associés à la réactivation de la réponseimmune anti-tumorale. Cependant, les LTs spécifiques de l’antigène de la tumeur se localisentpréférentiellement dans des zones riches en cellules dendritiques associées à la tumeur (TuDCs)et sont piégés par ces dernières. Ces interactions diminuent potentiellement le nombre decontacts entre les LT et les cellules tumorales suggérant un rôle pro tumoral des TuDCs. Letraitement au CP provoque une déplétion des cellules myéloïdes suivie d’une reconstitutionmassive des réservoirs de monocytes (moelle osseuse et rate). Au cours de la reconstitutionmonocytaire, l’expression de CX3CR1 diminue et est corrélée à une diminution de l’adhérence exvivo des cellules médullaires. Nous avons mis en évidence une mobilisation accrue desmonocytes inflammatoires au sein des souris CX3CR1- /- comparée aux souris WT et CCR2-/-.L’imagerie in vivo de la moelle osseuse au sein de souris CX3CR1-/- ou à l’aide d’un antagonistede CX3CR1 nous a permis de montrer un rôle spécifique de CX3CR1 dans le « crawling » sur lescellules endothéliales et le confinement des cellules monocytaires au niveau des sinus et duparenchyme médullaire. Nous suggérons qu’au cours de la mobilisation cellulaire induite par leCP le récepteur CX3CR1 contrôle la rétention médullaire des monocytes. Nous pensons que lamodulation du taux de mobilisation cellulaire au cours de la reconstitution induite par CP et/oule ciblage de CX3CR1 pourrait, par augmentation du pool de cellules myéloïdes leucocytairesd’un hôte, contribuer à l’amélioration des réponses cellulaires à la suite d’une lésion tissulaireou d’un dysfonctionnement des défenses immunitaires. De plus, le ciblage de CX3CR1 pourraittrouver des applications dans le domaine de la greffe de HSCs.Chemokines orchestrate immune response especially by leucocytes mobilization. Myeloidcells, notably monocytes, are involved in inflammation and cancer development. Indeedmonocyte-derived cells and macrophages are strongly represented in tumourmicroenvironment and are associated with a bad prognosis. Characterization of mechanismsleading to monocytes recruitment within the tumor is thus a major issue in anti-cancertherapeutic protocols optimization. Based on the differential expression of chemokinereceptors CCR2 and CX3CR1, two populations of monocytes, inflammatory monocytes(CCR2+, CX3CR1low) and resident monocytes (CCR2-, CX3CR1high) have been characterized inmice which are involved in monocytes recruitment and differentiation into macrophages.The main objective of my work was to better understand the mechanisms of monocytesmobilization following chemotherapeutic treatment. I started to study the role of chemokinereceptors with a focus on CX3CR1 in monocytes reconstitution following cyclophosphamide(CP) treatment. CP is an alkylant agent known for its myelosuppressive properties. Thischemotherapeutic agent induces a transitory anti tumour immune response associated witha monocyte renewal and a strong infiltration of the tumour by adoptively transferred Tlymphocytes. However, antigen-specific T cells are trapped by tumour-associated dendriticcells (TuDCs). This potentially decreases interactions between T lymphocytes and tumourcells suggesting an immunosuppressive role of TuDCs. CP induces a strong depletion ofmyeloid cells followed by a massive reconstitution of bone marrow and spleen monocytesreservoirs. CX3CR1 expression on bone marrow monocytes is decreased duringreconstitution and correlated with a decreasing adhesion of these cells to CX3CL1 ex vivo.We highlighted an increased mobilization of inflammatory monocytes in CX3CR1-/- micecompared to WT and CCR2-/-. Intra vital imaging of bone marrow within CX3CR1-/- mice orwith the help of a CX3CR1 antagonist allowed us to show a specific role of CX3CR1 in thelumen crawling and confinement of monocyte-derived cells in both sinusoid andparenchyma of the bone marrow. We suggest that CX3CR1 controls the release of bonemarrow monocytes during CP-induced mobilization. We think that modulating the rate ofcellular mobilization, by increasing the host’s leukocyte pool during CP inducedreconstitution and/or targeting CX3CR1, could contribute to improve cellular responsefollowing tissue damage or immune cell dysfunction. Furthermore, targeting CX3CR1couldprovide applications in the stem cell transplantation domain