Targeting the metabolic environment to modulate T cell effector function

Modulation des fonctions effectrices des cellules T en exploitant l’environnement métabolique L’activation des cellules T est initiée suite à la rencontre avec un antigène spécifique. Les études réalisées pour mieux comprendre ce processus d’activation se sont principalement focalisées sur le rôle des cellules présentatrices d'antigènes et des cytokines. Toutefois, des données récentes soulignent également l'importance du microenvironnement métabolique pour soutenir l’augmentation des besoins énergétiques et biosynthétiques liés à la stimulation antigénique. Cette reprogrammation métabolique est conditionnée par la disponibilité en nutriments et la teneur en oxygène qui peuvent être altérés en conditions pathologiques, comme dans des tumeurs. En effet, plusieurs groupes dont le nôtre ont montré qu’en cas de faible disponibilité en nutriments, une compétition peut se créer entre les cellules tumorales et les cellules T, impactant de ce fait négativement leurs fonctions anti-tumorales. Cet effet est dû, du moins en partie, aux profils métaboliques distincts des sous-populations de cellules T; alors que les cellules T effectrices (dont les cellules Th1) sont fortement glycolytiques, les cellules T régulatrices suppressives (Treg) présentent un métabolisme plus mixte avec des niveaux accrus d'oxydation lipidique. Il est donc important de déterminer comment les changements métaboliques des cellules T anti-tumorales affectent leur persistance et leur fonctionnalité. Ainsi, j'ai entrepris des travaux afin d’évaluer si le niveau d’expression du transporteur de glucose Glut1 permettait d’identifier et de sélectionner des cellules T ayant des fonctions effectrices distinctes. Nous avons confirmé cette hypothèse et notamment montré que les cellules T exprimant un niveau élevé de Glut1 possèdent un potentiel de sécrétion d’IFNg accru.De plus, nos travaux montrent que la disponibilité en nutriments extracellulaires est un élément clé pour la différenciation terminale des cellules Th1. En effet, l'activation des cellules T CD4 naïves en conditions limitantes en glutamine induit leur différenciation en cellules Treg Foxp3+. Plus surprenant encore, cette carence induit un blocage de la différenciation Th1 même lors d’une polarisation vers ce lignage. De plus, en conditions de carence en glutamine, nous avons découvert que l'alpha-cétoglutarate (aKG), un métabolite dérivé de la glutamine, rétablit cette différenciation terminale Th1. J'ai ensuite évalué l'impact de l’aKG dans les processus de différenciation Th1/Treg en condition non limitante en glutamine. Mes données montrent que, dans des conditions de polarisation Th1, l’ajout d’aKG améliore la différenciation des cellules T CD4 naïfs en cellules Th1 et augmente la production d’IFNg. A l’inverse, l’ajout d’aKG s’accompagne d’une diminution des cellules Foxp3+ et d’une augmentation de la sécrétion de cytokines inflammatoires dans des conditions de polarisation Treg. L'altération de la différenciation des cellules T médiée par l'aKG est notamment associée à une phosphorylation oxydative (OXPHOS) accrue ; ainsi, l'ajout d’un inhibiteur du cycle de Krebs et du complexe mitochondrial II /succinate déshydrogénase, atténue le blocage de la différenciation Treg induit par l'aKG. De façon remarquable, ces modifications de l'équilibre Th1/Treg médiées par l'aKG sont maintenues in vivo et impactent le devenir de cellules T exprimant un récepteur chimérique anti-tumoral (CAR) injectées chez des souris porteuses de tumeurs. En résumé, nos données montrent qu'une faible teneur en aKG intracellulaire liée à une disponibilité limitée en glutamine, favorise un phénotype Treg, alors que des niveaux élevés d’aKG modifient l'équilibre vers un phénotype Th1.En conclusion, les données générées au cours de ma thèse devraient permettre le développement de stratégies permettant de sélectionner des cellules T ayant des propriétés effectrices anti-tumorales améliorées.