Étude génétique et fonctionnelle des Interferon-producing Killer Dendritic Cells

L’idée qu’une cellule puisse effectuer la cytolyse de cellules transformées, comme une cellule Natural Killer (NK), tout en ayant la capacité de présenter des antigènes, comme une cellule dendritique (DC), peut sembler fantaisiste. Cependant, de telles cellules furent bel et bien identifiées chez la souris en 2006. Ces cellules, nommées Interferon-producing Killer Dendritic Cells (IKDC), furent l’objet d’une caractérisation extensive qui révéla leur énorme potentiel immunologique. La combinaison de fonctions associées à des cellules NK et à des DC a doté les IKDC d’un pouvoir antitumoral remarquable. D’ailleurs, il a été démontré que les IKDC sont plus efficaces que les cellules NK pour limiter la croissance tumorale. Ainsi, suite à leur découverte, les IKDC ont suscité beaucoup d’intérêt. Cependant, une controverse émergea sur la nature des IKDC. Plusieurs groupes indépendants tentèrent de reproduire les expériences attestant les fonctions de DC des IKDC, sans y parvenir. De plus, des études additionnelles révélèrent que les IKDC possèdent des similitudes très importantes avec les cellules NK. Ces observations ont mené la communauté scientifique à suggérer que les IKDC sont des cellules NK en état d’activation (aNK).  Malgré cette controverse, les caractéristiques antitumorales des IKDC sont si uniques et considérables qu’il est primordial de poursuivre l’étude de ces cellules. Pour y arriver, il est essentiel de déterminer la nature des IKDC et de mettre fin à ce débat. Par la suite, il sera important d’identifier des façons de cibler spécifiquement les IKDC pour permettre leur usage dans le cadre de thérapies antitumorales. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de définir l’identité des IKDC, puis de déterminer les facteurs génétiques responsables de la régulation de ces cellules. Nous avons démontré que les IKDC ne sont pas des cellules aNK, contrairement à ce qui avait été suggéré. Nous avons constaté que les IKDC prolifèrent activement et possèdent un phénotype unique, des caractéristiques associées à des cellules NK très immatures. Afin de déterminer si les IKDC peuvent acquérir un phénotype mature, nous avons effectué des expériences de transfert adoptif. Suite à leur injection in vivo, les IKDC acquièrent un phénotype de cellules matures, mais étonnamment, elles se différencient aussi en cellules NK. Ainsi, nous avons révélé que les IKDC sont un intermédiaire dans la différenciation des cellules NK. En parallèle, nous avons démontré que la proportion d’IKDC varie grandement entre des souris de fond génétique différent, indiquant que des facteurs génétiques sont impliqués dans la régulation de ces cellules. Nous avons alors effectué une analyse génétique qui a révélé que les IKDC sont régulées par des facteurs génétiques compris dans une région distale du chromosome 7. Les résultats présentés dans cette thèse constituent une avancée importante pour la recherche sur les IKDC. Ils ont permis de définir la nature des IKDC et d’identifier un intervalle génétique impliqué dans la régulation de ces cellules. Ces découvertes sont des connaissances précieuses pour l’identification des IKDC chez l’Homme et la création de nouvelles thérapies dans la lutte contre le cancer. The idea that a cell could kill transformed cells, like a Natural Killer (NK) cell, all the while exhibiting also the capacity to present antigens to T cells, like a Dendritic Cell (DC), may seem farfetched. However, in mice, a cell presenting these specific properties was identified in 2006. These cells were named Interferon-producing Killer Dendritic Cells (IKDC) and extensive studies revealed that they were endowed with an important immunological potential. Indeed, the fact that IKDCs exhibit properties of both DC and NK cells conferred them with an exceptional anti-tumor potential. Notably, on a per cell basis, the in vivo anti-tumor activity of IKDCs is more efficient than NK cells. Therefore, following their identification, IKDCs showed great therapeutic promise.   However, a debate on the cell lineage origin of IKDCs emerged. Several independent groups could not replicate the finding that IKDCs showed functional antigen-presentation properties similar to DCs. Also, additional studies revealed that IKDCs are very similar to NK cells. These and other observations led the scientific community to believe that IKDCs were activated NK cells.  Despite this controversy, IKDCs clearly exhibit a unique and outstanding anti-tumor potential, highlighting the relevance to further explore these cells. We must first close the debate regarding the lineage origin of IKDCs. We subsequently need to identify a means to specifically target IKDCs to facilitate their use in novel anti-tumor therapies. Thus, the objective of my thesis is first, to define the identity of IKDCs and second, to determine the genetic factors implicated in the regulation of these cells. For the first objective, we demonstrated that IKDCs do not represent activated NK cells, as previously suggested. We show that IKDCs are highly proliferative and exhibit a unique phenotype associated with very immature NK cells. In an attempt to verify if IKDCs could acquire a mature phenotype, we conducted an adoptive transfer experiment. We found that, after adoptive transfer, IKDCs adopt a mature phenotype, but also surprisingly differentiate into NK cells. These findings indicate that IKDCs represent an intermediate in NK-cell differentiation. For the second objective, we demonstrated that the IKDC proportion was highly variable between strains of different background origins, indicating that these cells are regulated by genetic factors. A genetic study revealed that genetic factors in distal arm of chromosome 7 associate with the proportion of IKDCs. The results presented in this thesis represent an important breakthrough for the research on IKDCs. They allowed to define the cell lineage origin of IKDCs and to identify a genetic region involved in the regulation of this cell type. These discoveries are valuable knowledge for the identification of human IKDCs and the development of novel anti-tumor therapies.

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