Interactions between Siglec-7/9 receptors and ligands influence NK cell-dependent tumor immunosurveillance.

Alteration of the surface glycosylation pattern on malignant cells potentially affects tumor immunity by directly influencing interactions with glycan-binding proteins (lectins) on the surface of immunomodulatory cells. The sialic acid-binding Ig-like lectins Siglec-7 and -9 are MHC class I-independent inhibitory receptors on human NK cells that recognize sialic acid-containing carbohydrates. Here, we found that the presence of Siglec-9 defined a subset of cytotoxic NK cells with a mature phenotype and enhanced chemotactic potential. Interestingly, this Siglec-9+ NK cell population was reduced in the peripheral blood of cancer patients. Broad analysis of primary tumor samples revealed that ligands of Siglec-7 and -9 were expressed on human cancer cells of different histological types. Expression of Siglec-7 and -9 ligands was associated with susceptibility of NK cell-sensitive tumor cells and, unexpectedly, of presumably NK cell-resistant tumor cells to NK cell-mediated cytotoxicity. Together, these observations have direct implications for NK cell-based therapies and highlight the requirement to consider both MHC class I haplotype and tumor-specific glycosylation.

Altered NKG2D function in NK cells induced by chronic exposure to NKG2D ligand-expressing tumor cells.

NKG2D is an activation receptor that allows natural killer (NK) cells to detect diseased host cells. The engagement of NKG2D with corresponding ligand results in surface modulation of the receptor and reduced function upon subsequent receptor engagement. However, it is not clear whether in addition to modulation the NKG2D receptor complex and/or its signaling capacity is preserved. We show here that the prolonged encounter with tumor cell-bound, but not soluble, ligand can completely uncouple the NKG2D receptor from the intracellular mobilization of calcium and the exertion of cell-mediated cytolysis. However, cytolytic effector function is intact since NKG2D ligand-exposed NK cells can be activated via the Ly49D receptor. While NKG2D-dependent cytotoxicity is impaired, prolonged ligand exposure results in constitutive interferon gamma (IFNgamma) production, suggesting sustained signaling. The functional changes are associated with a reduced presence of the relevant signal transducing adaptors DNAX-activating protein of 10 kDa (DAP-10) and killer cell activating receptor-associated protein/DNAX-activating protein of 12 kDa (KARAP/DAP-12). That is likely the consequence of constitutive NKG2D engagement and signaling, since NKG2D function and adaptor expression is restored to normal when the stimulating tumor cells are removed. Thus, the chronic exposure to tumor cells expressing NKG2D ligand alters NKG2D signaling and may facilitate the evasion of tumor cells from NK cell reactions.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Single-cell gene-expression profiling reveals qualitatively distinct CD8 T cells elicited by different gene-based vaccines.

CD8 T cells play a key role in mediating protective immunity against selected pathogens after vaccination. Understanding the mechanism of this protection is dependent upon definition of the heterogeneity and complexity of cellular immune responses generated by different vaccines. Here, we identify previously unrecognized subsets of CD8 T cells based upon analysis of gene-expression patterns within single cells and show that they are differentially induced by different vaccines. Three prime-boost vector combinations encoding HIV Env stimulated antigen-specific CD8 T-cell populations of similar magnitude, phenotype, and functionality. Remarkably, however, analysis of single-cell gene-expression profiles enabled discrimination of a majority of central memory (CM) and effector memory (EM) CD8 T cells elicited by the three vaccines. Subsets of T cells could be defined based on their expression of Eomes, Cxcr3, and Ccr7, or Klrk1, Klrg1, and Ccr5 in CM and EM cells, respectively. Of CM cells elicited by DNA prime-recombinant adenoviral (rAd) boost vectors, 67% were Eomes(-) Ccr7(+) Cxcr3(-), in contrast to only 7% and 2% stimulated by rAd5-rAd5 or rAd-LCMV, respectively. Of EM cells elicited by DNA-rAd, 74% were Klrk1(-) Klrg1(-)Ccr5(-) compared with only 26% and 20% for rAd5-rAd5 or rAd5-LCMV. Definition by single-cell gene profiling of specific CM and EM CD8 T-cell subsets that are differentially induced by different gene-based vaccines will facilitate the design and evaluation of vaccines, as well as enable our understanding of mechanisms of protective immunity.

TLR3 and Rig-like receptor on myeloid dendritic cells and Rig-like receptor on human NK cells are both mandatory for production of IFN-gamma in response to double-stranded RNA.

Cross-talk between NK cells and dendritic cells (DCs) is critical for the potent therapeutic response to dsRNA, but the receptors involved remained controversial. We show in this paper that two dsRNAs, polyadenylic-polyuridylic acid and polyinosinic-polycytidylic acid [poly(I:C)], similarly engaged human TLR3, whereas only poly(I:C) triggered human RIG-I and MDA5. Both dsRNA enhanced NK cell activation within PBMCs but only poly(I:C) induced IFN-gamma. Although myeloid DCs (mDCs) were required for NK cell activation, induction of cytolytic potential and IFN-gamma production did not require contact with mDCs but was dependent on type I IFN and IL-12, respectively. Poly(I:C) but not polyadenylic-polyuridylic acid synergized with mDC-derived IL-12 for IFN-gamma production by acting directly on NK cells. Finally, the requirement of both TLR3 and Rig-like receptor (RLR) on mDCs and RLRs but not TLR3 on NK cells for IFN-gamma production was demonstrated using TLR3- and Cardif-deficient mice and human RIG-I-specific activator. Thus, we report the requirement of cotriggering TLR3 and RLR on mDCs and RLRs on NK cells for a pathogen product to induce potent innate cell activation.

Molecular features of hepatosplenic T-cell lymphoma unravels potential novel therapeutic targets.

The pathogenesis of hepatosplenic T-cell lymphoma (HSTL), a rare entity mostly derived from γδ T cells and usually with a fatal outcome, remains largely unknown. In this study, HSTL samples (7γδ and 2αβ) and the DERL2 HSTL cell line were subjected to combined gene-expression profiling and array-based comparative genomic hybridization. Compared with other T-cell lymphomas, HSTL had a distinct molecular signature irrespective of TCR cell lineage. Compared with peripheral T-cell lymphoma, not otherwise specified and normal γδ T cells, HSTL overexpressed genes encoding NK-cell-associated molecules, oncogenes (FOS and VAV3), the sphingosine-1-phosphatase receptor 5 involved in cell trafficking, and the tyrosine kinase SYK, whereas the tumor-suppressor gene AIM1 (absent in melanoma 1) was among the most down-expressed. We found highly methylated CpG islands of AIM1 in DERL2 cells, and decitabine treatment induced a significant increase in AIM1 transcripts. Syk was present in HSTL cells and DERL2 cells contained phosphorylated Syk and were sensitive to a Syk inhibitor in vitro. Genomic profiles confirmed recurrent isochromosome 7q (n = 6/9) without alterations at the SYK and AIM1 loci. Our results identify a distinct molecular signature for HSTL and highlight oncogenic pathways that offer rationale for exploring new therapeutic options such as Syk inhibitors and demethylating agents.

PRDM1 is a tumor suppressor gene in natural killer cell malignancies.

Natural killer cell lymphoma (NKCL) constitutes a rare and aggressive form of non-Hodgkin lymphoma, and there is little insight into its pathogenesis. Here we show that PRDM1 is a tumor suppressor gene in NKCLs that is inactivated by a combination of monoallelic deletion and promoter CpG island hypermethylation. We observed monoallelic deletion of PRDM1 loci in 8 of 18 (44%) NKCL cases. The other allele showed significant promoter methylation in 12 of 17 (71%) cases. In support of its role as a tumor suppressor gene, the reconstitution of PRDM1 in PRDM1-null NK cell lines led to G2/M cell cycle arrest, increased apoptosis, and a strong negative selection pressure with progressive elimination of PRDM1-expressing cells, which was enhanced when IL-2 concentration is limiting. We observed a progressive increase in PRDM1 expression-in particular, PRDM1α-in normal NK cells in response to IL-2 and in normal NK cells activated with an engineered NK cell target, K562-Cl9-mb21, suggesting its role in NK cell homeostasis. In support of this role, knockdown of PRDM1 by shRNA in normal NK cells resulted in the positive selection of these cells. We identified MYC and 4-1BBL as targets of PRDM1 in NK cells. Disruption of homeostatic control by PRDM1 may be an important pathogenetic mechanism for NKCL.

A novel anti-CD19 monoclonal antibody (GBR 401) with high killing activity against B cell malignancies.

BACKGROUND: CD19 is a B cell lineage specific surface receptor whose broad expression, from pro-B cells to early plasma cells, makes it an attractive target for the immunotherapy of B cell malignancies. In this study we present the generation of a novel humanized anti-CD19 monoclonal antibody (mAb), GBR 401, and investigate its therapeutic potential on human B cell malignancies. METHODS: GBR 401 was partially defucosylated in order to enhance its cytotoxic function. We analyzed the in vitro depleting effects of GBR 401 against B cell lines and primary malignant B cells from patients in the presence or in absence of purified NK cells isolated from healthy donors. In vivo, the antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC) efficacy of GBR 401 was assessed in a B cell depletion model consisting of SCID mice injected with healthy human donor PBMC, and a malignant B cell depletion model where SCID mice are xenografted with both primary human B-CLL tumors and heterologous human NK cells. Furthermore, the anti-tumor activity of GBR 401 was also evaluated in a xenochimeric mouse model of human Burkitt lymphoma using mice xenografted intravenously with Raji cells. Pharmacological inhibition tests were used to characterize the mechanism of the cell death induced by GBR 401. RESULTS: GBR 401 exerts a potent in vitro and in vivo cytotoxic activity against primary samples from patients representing various B-cell malignancies. GBR 401 elicits a markedly higher level of ADCC on primary malignant B cells when compared to fucosylated similar mAb and to Rituximab, the current anti-CD20 mAb standard immunotherapeutic treatment for B cell malignancies, showing killing at 500 times lower concentrations. Of interest, GBR 401 also exhibits a potent direct killing effect in different malignant B cell lines that involves homotypic aggregation mediated by actin relocalization. CONCLUSION: These results contribute to consolidate clinical interest in developing GBR 401 for treatment of hematopoietic B cell malignancies, particularly for patients refractory to anti-CD20 mAb therapies.