An orthotopic syngeneic mouse model to study the role of DCIR in colorectal cancer
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Colorectal cancer (CRC) is the third most common and second deadliest cancer worldwide accounting for 900.000 deaths in 2018. Consequently, there is a strong need for new biomarkers as well as an improvement of the current treatments. Tumors develop in complex microenvironments where cancer cells constantly crosstalk with, and modulate, the local immune response to persist and replicate. C-type lectins receptors, expressed in particular by immune cells, actively regulate the immune response to cancer cells and, therefore, tumor development. Dendritic cell immunoreceptor (DCIR), a C-type lectin expressed by myeloid cells, has been shown to play a major role in immunity to infectious and autoimmune diseases. Yet, the role played by DCIR in tumor immunity remains unknown. Analysis of publicly available transcriptomic data from two cohorts of CRC patients revealed an association between high DCIR gene expression and improved survival of patients. In this context, the principal objective of my PhD thesis was to determine the role played by DCIR in the immune response during CRC development. First, I developed an orthotopic syngeneic pre-clinical CRC mouse model consisting in the intra-caecal injection of engineered MC38 tumor cells expressing firefly luciferase (MC38-fLuc+) in C57BL/6 mice. Monitoring of the tumor growth by bioluminescence revealed that, despite an initial growth of solid tumors in all the mice, only 30% of mice developed a progressive lethal CRC, while the remaining animals spontaneously rejected their solid tumor and survived more than 100 days. No rejection of tumors was observed in the absence of adaptive immunity, nor when MC38-fLuc+ cells were injected in other anatomical locations (i.e., liver and skin). Immunophenotyping by transcriptomic and flow cytometry showed that mice with progressive CRC tumors exhibited a pro-tumor immune response, characterized by a regulatory T cell pattern, discernible shortly post-tumor implantation, as well as myeloid suppressor cells that are well-known to favor tumor growth. By contrast, tumor-rejecting mice presented an early pro-inflammatory response and an anti-tumor microenvironment enriched with CD8+ T cells. Taken together, our results demonstrate a preponderant role of the colon-specific microenvironment in regulating the balance between anti- or pro-tumor immune responses and underline the importance of using orthotopic mouse models for in vivo studies. In a second part of my thesis, we used this CRC mouse model to compare the tumor development in wild-type (WT) C57BL/6 mice or mice deficient for mDcir1 (mDcir1-KO), a murine homologue of human DCIR. While the lack of mDCIR1 has no impact on the percentage of mice developing or rejecting CRC tumors, we observed that mDcir1-KO animals developed bigger tumors than their WT counterparts. In line with this result, we found a lower infiltration of cytotoxic CD8+ and decreased activation of both CD4+ and CD8+ T cells (i.e., T-BET+, CD44high, CTLA-4+) in CRC tumors from mDcir1-KO mice compared to WT mice. Altogether, our data point to a protective and anti-tumor role of DCIR during CRC development, probably due to a dysregulation of the balance existing between the tumor and the immune response. Overall, this study paves the way for the potential future development of pharmacological biomolecules targeting DCIR to trigger an efficient anti-tumor immune response in the context of CRC and beyond.
Abstract FR:
Le cancer colorectal (CCR) est le troisième cancer le plus fréquent et le deuxième cancer le plus mortel dans le monde. En conséquence, de nouveaux biomarqueurs diagnostiques ainsi qu’une amélioration des traitements actuels sont nécessaires. Les tumeurs se développent dans des microenvironnements complexes où les cellules cancéreuses interagissent et modulent la réponse immunitaire locale pour persister et se multiplier. Les lectines de type C, exprimées notamment par les cellules de l’immunité, régulent la réponse anti-cancéreuse, et donc le développement tumoral. Parmi elles, l'immunorécepteur des cellules dendritiques (DCIR), a été montré comme jouant un rôle immunitaire majeur au cours des maladies infectieuses et auto-immunes. À l’inverse, son rôle dans l'immunité tumorale reste méconnu. L'analyse des données transcriptomiques de deux cohortes de patients atteints de CCR a révélé un lien entre une expression élevée de DCIR et une meilleure survie des patients. Dans ce contexte, l'objectif principal de ma thèse était de déterminer l'impact de DCIR sur le développement du CCR et la réponse immunitaire associée. Dans ce but, j’ai établi un modèle murin préclinique, orthotopique et syngénique du CCR consistant en l'injection intracaecale de cellules tumorales MC38 exprimant la luciférase (MC38-fLuc+) dans des souris C57BL/6. Le suivi de la croissance tumorale par bioluminescence a montré que, malgré l’acquisition initiale de tumeurs solides par toutes les souris, seulement 30% des souris ont développé un CCR progressif et mortel, tandis que les autres animaux ont spontanément rejeté leurs tumeurs. Aucun rejet des tumeurs CCR MC38 n'a été observé en l'absence d'immunité adaptative, ni lors de l'injection de cellules MC38 dans d'autres sites anatomiques. L'immunophénotypage par transcriptomique et cytométrie de flux a révélé que les souris développant des tumeurs progressives présentaient une réponse immunitaire pro-tumorale, définie par une signature caractéristique des lymphocytes T régulateurs, détectable peu après l'implantation tumorale, et par une infiltration de cellules myéloïdes suppressives connues pour favoriser la croissance tumorale. En revanche, les souris rejetant les tumeurs présentaient une signature pro-inflammatoire précoce et un microenvironnement anti-tumoral enrichi en lymphocytes T CD8+. Ainsi, nos résultats démontrent un rôle du microenvironnement spécifique du côlon dans la régulation de l'équilibre entre les réponses immunitaires anti- ou pro-tumorales et souligne l'importance d'utiliser des modèles murins orthotopiques pour les études in vivo. Dans la seconde partie de ma thèse, j’ai utilisé ce modèle murin de CCR pour comparer le développement tumoral dans des souris C57BL/6 de type sauvage ou des souris déficientes pour l’expression de mDcir1 (mDcir1-KO), un homologue murin du DCIR humain. Bien que l'absence de mDCIR1 n'ait aucune incidence sur le pourcentage de souris développant ou rejetant les tumeurs du CCR, nous avons observé que les animaux mDcir1-KO développaient des tumeurs plus importantes que les sauvages En accord avec ce résultat, nous avons constaté une infiltration plus faible de lymphocytes CD8+ cytotoxiques et une activation moindre des lymphocytes T CD4+ et CD8+ (c'est-à-dire T-BET+, CD44haut, CTLA-4+) dans les tumeurs des souris mDcir1-KO par rapport aux souris sauvages. Ainsi, nos données indiquent un rôle protecteur et anti-tumoral de DCIR pendant le développement du CCR, probablement dû à une dérégulation de l'équilibre existant entre la tumeur et la réponse immunitaire. Dans l'ensemble, cette étude ouvre la voie à la mise au point éventuelle de biomolécules pharmacologiques ciblant DCIR pour déclencher une réponse immunitaire anti-tumorale efficace dans le contexte du CCR et au-delà.