Impact of cytosolic nucleic acids on antitumor immunity in a glioblastoma model

Les macrophages peuvent se différencier en plusieurs sous-types distincts en réponse aux stimuli extérieurs : principalement en macrophages M1 dits « classiques » et en macrophages M2 dits « alternatifs ». Au sein du microenvironnement tumoral, les macrophages représentent la population cellulaire majoritaire et peuvent compter pour près de la moitié de la masse tumorale. Ce recrutement massif de macrophages, aussi appelés TAM (tumor Associated macrophages) est associé à un mauvais pronostic dans de nombreux cancers comme le glioblastome. En effet, de nombreuses études ont établi que les macrophages jouaient un rôle clé dans l’évolution du glioblastome via leurs nombreuses fonctions pro-tumorales. D’une manière intéressante, il a été démontré que le phénotype des macrophages évoluait au cours de la tumorigenèse. Ainsi, dans les tumeurs précoces, les macrophages ont un phénotype de type M1 dit « classique » inflammatoire et tumoricide. Les macrophages sont cytotoxiques, phagocytaires et favorisent la présentation antigénique tout en limitant la croissance tumorale. Cependant, à mesure que la tumeur progresse et s’établit, les macrophages s’orientent vers un phénotype M2 dit « alternatif » favorisant un microenvironnement immunosuppressif délétère. Ces macrophages présentent un phénotype pro-tumoral et favorisent l’angiogenèse et inhibent l’activation des lymphocytes T. Récemment, la repolarisation des macrophages M2 en M1 est devenue une nouvelle stratégie thérapeutique. Les mécanismes moléculaires conduisant à la polarisation M1 ou M2 ont été largement étudiés dans différents contextes, mais le rôle joué par la voie de reconnaissance des acides nucléiques cytosoliques cGAS-STING dans la polarisation macrophagique demeure peu explorée. Or, cette voie apparaît comme jouant un rôle déterminant dans l'inflammation associée au cancer.Ce projet de thèse CIFRE a permis d'étudier l’effet des acides nucléiques cytosoliques et en particulier des doubles brins d’ADN sur la polarisation des macrophages. Les interactions entre les cellules tumorales et les macrophages ont également pu être explorées dans un modèle de glioblastome. Pour cela, deux modèles in vitro (développé au sein de l'équipe de Dr. Nadine Laguette à l’IGH) et in vivo chez le poisson zèbre (développé au sein de la société AZELEAD) ont été combinés. Le projet s’est articulé autour des axes de recherche suivants : Caractérisation de l’impact des acides nucléiques et exploration de la voie de signalisation cGAS-STING sur la polarisation des macrophages in vitro. Mise en place d’un modèle de glioblastome permettant d’étudier et de modéliser en 3D le microenvironnement tumoral associé au glioblastome dans le modèle du poisson-zèbre et caractérisation des interactions entre macrophages et cellules cancéreuses in vivo. Enfin, les travaux ont permis d’explorer l’effet de cGAS sur la tumorigénèse, le recrutement et la polarisation des macrophages in vivo.Macrophages can differentiate into several distinct subtypes in response to external stimuli : mainly in called “classic” M1 macrophages and in “alternative” M2 macrophages. Within the tumor microenvironment, macrophages represent the majority cell population and can account for nearly half of the tumor mass. This massive recruitment of macrophages, also called TAM (tumor associated macrophages) is associated with a poor prognosis in many cancers such as glioblastoma. Indeed, numerous studies have established that macrophages play a key role in the evolution of glioblastoma through their numerous pro-tumoral functions. Interestingly, the macrophage phenotype has been shown to change during tumorigenesis. Thus, in early tumors, the macrophages have an M1 inflammatory and tumoricidal “classic” phenotype. These macrophages are cytotoxic, phagocytic and promote antigen presentation while limiting tumor growth. However, as the tumor progresses and becomes more established, the macrophages shift towards an "alternative" M2 phenotype that promote a deleterious immunosuppressive microenvironment. These macrophages exhibit a pro-tumoral phenotype that promotes angiogenesis and inhibits T-cell activation. Recently, repolarization of M2 macrophages to M1 has become a new therapeutic strategy. The molecular mechanisms leading to M1 or M2 polarization have been widely studied in different contexts, but the role played by the cytosolic nucleic acid pathway cGAS-STING on macrophage polarization remains poorly explored. However, this pathway appears to play a determining role in the inflammation associated with cancer. This CIFRE thesis project studied the effect of cytosolic nucleic acids and in particular double strands DNA on macrophage polarization. The interactions between tumor cells and macrophages were also explored in a model of glioblastoma. For this purpose, two different models, in vitro (developed within the team of Dr. Nadine Laguette at IGH) and in vivo on zebrafish embryos (developed within the company AZELEAD) were combined. The project was structured around the following research axes : Characterization of the impact of nucleic acids and exploration of the cGAS-STING signaling pathway on macrophage polarization in vitro. Establishment of a zebrafish model to study and model in 3D the tumor microenvironment associated with glioblastoma and characterization of macrophages-cancer cells interactions in vivo. Finally, this work explored the effect of cGAS on the tumorigenesis, recruitment and polarization of macrophages in vivo