Role of sphingosine kinase-1 in the anti-tumor immune response and in the treatment of melanoma by immunotherapy

L'émergence de nouvelles approches thérapeutiques, basées sur des inhibiteurs de points de contrôle immunitaire (ICI), telles que les anti-CTLA-4 et anti-PD-1, ont révolutionné la prise en charge du mélanome. Cependant les taux de réponses objectives à ces traitements restent relativement faibles et de sévères effets indésirables ou des résistances peuvent survenir. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes de résistance et d'identifier des biomarqueurs prédictifs de la réponse aux ICI afin d'adapter la stratégie thérapeutique. Notre groupe a identifié des perturbations du métabolisme de la sphingosine 1-phosphate (S1P) dans les cellules de mélanome. Notamment, la surexpression de la Sphingosine Kinase-1 (SK1), une enzyme de production de la S1P qui favorise la progression tumorale en induisant des modifications phénotypiques du microenvironnement tumoral (TME), telles que la stromagenèse, l'angiogenèse et la polarisation M2 des macrophages. Or, la S1P joue un rôle important dans l'immunité car elle régule de nombreux processus comme l'activation, la différenciation et le trafic de nombreuses cellules immunitaires. L'objectif de cette thèse a été de déterminer si l'inhibition de la SK1 affecte la réponse immunitaire anti-tumorale et améliore l'efficacité des ICI. Nous avons mis en évidence que l'expression accrue de SK1 dans les cellules tumorales est significativement associée à une survie plus courte chez les patients atteints de mélanome métastatique traités par anti-PD-1. Ensuite, nous avons démontré, dans un modèle murin, que la diminution de l'expression de SK1 dans la tumeur induit une réduction de la croissance du mélanome qui est associée à une diminution de l'expression de diverses molécules immunosuppressives dans le TME. Cette modification du TME diminue la prolifération mais aussi l'infiltration des lymphocytes T régulateurs (Treg) et par conséquent induit une augmentation du ratio CD8+/Treg, ce qui est associé à un bon pronostic. Une signature immunosuppressive dépendante de SK1 a également été observée dans des biopsies de mélanome humain. De manière importante, nos données révèlent que l'inhibition de SK1 améliore fortement l'efficacité des ICI, tels que les anti-CTLA-4 ou les anti-PD-1, conduisant au rejet des tumeurs et à une amélioration significative de la survie des animaux dans un modèle murin de mélanome. Des résultats significatifs ont également été obtenus dans des modèles de cancer du sein et du côlon. Ici, nous montrons que: i) le ciblage de SK1 dans les mélanomes conduit à une augmentation du rapport intratumoral CD8+/Treg, ii) la combinaison de l'inhibition de SK1 avec des ICI améliore grandement la survie des souris et iii) la SK1 pourrait constituer un nouveau biomarqueur prédictif de la réponse aux ICI chez l'Homme. Par conséquent, nos données ont identifié la SK1 comme une kinase lipidique agissant comme un nouveau point de contrôle immunitaire, qui pourrait être ciblée afin d'améliorer la réponse aux ICI dans différents cancers.The emergence of new therapeutic approaches, thanks to immune checkpoint inhibitors (ICI), such as anti-CTLA-4 and anti-PD-1, have revolutionized the management of melanoma. However, the objective response rates to these treatments remain relatively low and severe adverse events or resistance can occur. This is why it is essential to understand the mechanisms that underlie resistance and identify predictive biomarkers of the response to ICI in order to adapt the therapeutic strategy. Our group identified perturbations of sphingosine 1-phosphate (S1P) metabolism in melanoma cells. In particular, the overexpression of sphingosine kinase (SK1), an S1P-producing enzyme that promotes tumor progression by stimulating stromagenesis, angiogenesis and polarization of macrophages toward M2 Phenotype. Interestingly, S1P is a well-known regulator of the activation, differentiation and trafficking of many immune cells. This thesis aims at determining whether the inhibition of SK1 improves the anti-tumor immune response as well as the efficacy of ICI. We found that an increased expression of SK1 in tumor cells is significantly associated with shorter survival in patients with metastatic melanoma treated with anti-PD-1. In a mouse model, we also demonstrated that a decreased SK1 expression in tumors leads to reduction of melanoma growth as well as expression of several immunosuppressive factors in the TME. These modifications are associated to significant reduction of proliferation, infiltration of regulatory T cells (Treg) and consequently to an increase in the CD8+/Treg ratio, which is associated with good prognosis. A SK1-dependent immunosuppressive signature has also been observed in human melanoma biopsies. Importantly, our data reveal that inhibition of SK1 strongly enhances the efficacy of ICI, such as anti-CTLA-4 or anti-PD-1, leading to tumor rejection and improved survival in a mouse model of melanoma. Significant results have also been obtained in breast and colon cancer models. Overall, we show that: i) SK1 targeting in melanomas leads to an increase of the intratumoral CD8 + / Treg ratio, ii) the combination of SK1 inhibition with ICI greatly enhances mice survival, iii) SK1 could be a new predictive biomarker of response to ICI in humans. Altogether, our data identified SK1 as a new checkpoint lipid kinase that could be targeted to improve response to ICI in several cancers