Direct tumor recognition by a human CD4(+) T-cell subset potently mediates tumor growth inhibition and orchestrates anti-tumor immune responses.

Tumor antigen-specific CD4(+) T cells generally orchestrate and regulate immune cells to provide immune surveillance against malignancy. However, activation of antigen-specific CD4(+) T cells is restricted at local tumor sites where antigen-presenting cells (APCs) are frequently dysfunctional, which can cause rapid exhaustion of anti-tumor immune responses. Herein, we characterize anti-tumor effects of a unique human CD4(+) helper T-cell subset that directly recognizes the cytoplasmic tumor antigen, NY-ESO-1, presented by MHC class II on cancer cells. Upon direct recognition of cancer cells, tumor-recognizing CD4(+) T cells (TR-CD4) potently induced IFN-γ-dependent growth arrest in cancer cells. In addition, direct recognition of cancer cells triggers TR-CD4 to provide help to NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells by enhancing cytotoxic activity, and improving viability and proliferation in the absence of APCs. Notably, the TR-CD4 either alone or in collaboration with CD8(+) T cells significantly inhibited tumor growth in vivo in a xenograft model. Finally, retroviral gene-engineering with T cell receptor (TCR) derived from TR-CD4 produced large numbers of functional TR-CD4. These observations provide mechanistic insights into the role of TR-CD4 in tumor immunity, and suggest that approaches to utilize TR-CD4 will augment anti-tumor immune responses for durable therapeutic efficacy in cancer patients.

Immune correlates of vaccine protection against HIV-1 acquisition.

The partial efficacy reported in the RV144 HIV vaccine trial in 2009 has driven the HIV vaccine field to define correlates of risk associated with HIV-1 acquisition and connect these functionally to preventing HIV infection. Immunological correlates, mainly including CD4(+) T cell responses to the HIV envelope and Fc-mediated antibody effector function, have been connected to reduced acquisition. These immunological correlates place immunological and genetic pressure on the virus. Indeed, antibodies directed at conserved regions of the V1V2 loop and antibodies that mediate antibody-dependent cellular cytotoxicity to HIV envelope in the absence of inhibiting serum immunoglobulin A antibodies correlated with decreased HIV risk. More recently, researchers have expanded their search with nonhuman primate studies using vaccine regimens that differ from that used in RV144; these studies indicate that non-neutralizing antibodies are associated with protection from experimental lentivirus challenge as well. These immunological correlates have provided the basis for the design of a next generation of vaccine regimens to improve upon the qualitative and quantitative degree of magnitude of these immune responses on HIV acquisition.

Impact of Early-Life Exposures on Immune Maturation and Susceptibility to Disease.

Exiting from the largely sterile environment of the womb, the neonatal immune system is not fully mature, and thus neonatal immune cells must simultaneously mount responses against environmental stimuli while maturing. This dynamic process of immune maturation is driven by a variety of cell-intrinsic and extrinsic factors. Recent studies have focused on some of these factors and have shed light on the mechanisms by which they drive immune maturation. We review the interactions and consequences of immune maturation during the pre- and perinatal period. We discuss environmental signals in early life that are needed for healthy immune homeostasis, and highlight detrimental factors that can set an individual on a path towards disease. This early-life period of immune maturation could hold the key to strategies for setting individuals on trajectories towards health and reduced disease susceptibility.

NBAS mutations cause a multisystem disorder involving bone, connective tissue, liver, immune system, and retina.

We report two unrelated patients with a multisystem disease involving liver, eye, immune system, connective tissue, and bone, caused by biallelic mutations in the neuroblastoma amplified sequence (NBAS) gene. Both presented as infants with recurrent episodes triggered by fever with vomiting, dehydration, and elevated transaminases. They had frequent infections, hypogammaglobulinemia, reduced natural killer cells, and the Pelger-Huët anomaly of their granulocytes. Their facial features were similar with a pointed chin and proptosis; loose skin and reduced subcutaneous fat gave them a progeroid appearance. Skeletal features included short stature, slender bones, epiphyseal dysplasia with multiple phalangeal pseudo-epiphyses, and small C1-C2 vertebrae causing cervical instability and myelopathy. Retinal dystrophy and optic atrophy were present in one patient. NBAS is a component of the synthaxin-18 complex and is involved in nonsense-mediated mRNA decay control. Putative loss-of-function mutations in NBAS are already known to cause disease in humans. A specific founder mutation has been associated with short stature, optic nerve atrophy and Pelger-Huët anomaly of granulocytes (SOPH) in the Siberian Yakut population. A more recent report associates NBAS mutations with recurrent acute liver failure in infancy in a group of patients of European descent. Our observations indicate that the phenotypic spectrum of NBAS deficiency is wider than previously known and includes skeletal, hepatic, metabolic, and immunologic aspects. Early recognition of the skeletal phenotype is important for preventive management of cervical instability. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Role of immune and angiogenic markers in the pathology of endometriosis

Background: Endometriosis is an estrogen-dependent, pro-inflammatory, pro-angiogenic condition that affects 5 to 10% of women of reproductive age. Its defining feature is the presence of endometrium-like tissue in sites outside the uterine cavity, primarily on the pelvic peritoneum and ovaries. The main clinical features are chronic pain, pain during intercourse and infertility. In patients with endometriosis, inflammatory and immune responses, angiogenesis and apoptosis are altered in favour of the survival and replenishment of endometriotic tissue. These basic pathological processes depend on the excessive formation of estrogen and prostaglandins. Recently, new cellular and molecular mechanisms for the resolution of inflammation have been discovered, revealing key roles for lipid mediators such as lipoxins, resolvins and protectins. It is possible that disequilibrium in the expression of these molecules exists in endometriosis. Objective: To compare the expression of two proteins involved in the synthe sis and in the function of lipid mediators; the Arachidonate 15-lipoxygenase (ALOXI5), implicated in the synthesis of lipoxins A4 and B4 and the Formyl peptide receptor 1 (FPRLI), the specific receptor for Lipoxin A4 and B4, between women who suffer from endometriosis and a control group. We wish to demonstrate the cellular localisation of these two molecules and to investigate if their expression is alteted in this pathology. Methods and Materials Using immunohistochemistry we will compare ALOXI5 and FPRLI staining, in endometrium, normal peritoneum and endometriotic lesions. The samples are being collected in the department of Gynaecology and Obstetrics at the Centre Hospitalier Universitaire Lausanne (CHUV). Women attending the department for laparoscopic investigation of pain/infertility, suspected endometriosis or for a hysterectomy, are invited to participate. Approval of the ethics committee (Commission d'Ethique de la recherché clinique) was obtained in March 2009. Clinical samples will only be obtained from subjects having consented. Expected results and interpretation: No published studies investigating the expression of these two molecules in endometriotic lesions exist. A better understanding of the mechanisms underlying this disease will result in the development of new medical therapies and new diagnostic tests, with the aim of ameliorating the quality of life of endometriosis patients.

The regulation of the mucosal immune response by secretory IgA

L'immunoglobuline A sécrétoire (SlgA) est l'anticorps qui est dominant dans la réponse humorale des muqueuses. IgA est produit localement sous la forme de dimère ou polymère. Ces derniers sont ensuite relâchés dans les sécrétions muqueuses sous forme d'un complexe avec la pièce sécrétoire (SC). SlgA est capable d'identifier des antigènes microbiens dans l'environnement des muqueuses et de prévenir leur diffusion en bloquant l'adhésion ou la surface des cellules épithéliales. Au-delà de sa fonction classique d'exclusion immune, SlgA peut aussi adhérer aux cellules M présente au niveau des follicules associés à l'épithélium dans des structures organisées appelées plaques de Peyer (PPs) dans le système gastrointestinal. L'interaction sélective avec les SlgA amène cette dernière à être transportée à travers les cellules M Ce procès facilite l'association de l'anticorps avec les cellules dendritiques (DCs) CDllc+CDllb+, localisées dans la région sous-épithéliale des PPs. L'entrée de SlgA ou de microorganismes couverts par la SlgA via ce chemin est cruciale pour la modulation de la réponse immunitaire locale. Dans la première partie du travail, nous avons établi les conditions pour l'analyse de l'interaction entre SlgA et une lignes de DCs dérivée in vitro. Nous avons aussi montré que l'internalisation de la SlgA par les DCs est affecté après traitement avec des inhibiteurs de l'endocytose ou par l'utilisation de compétiteurs moléculaires. En utilisant le microscope confocal, on a observé qu'après internalisation la SlgA suit la voie endocytique, vers le compartiment lysozomal. Dans la deuxième partie du travail, une partie des résultats a été confirmée pour les DCs CDllc+CDllb+ des muqueuses. En outre, l'importance des sucres présents sur la SlgA a été mis en évidence par la réduction de l'interaction avec les DCs des muqueuses après déglycosylation. On a montré pour la première fois à notre connaissance que Dectin-1 et SIGNR3 sont des récepteurs potentiels pour la SlgA sur les DCs des muqueuses de la souris. De plus, les DCs de la souris prélevées des PPs, des ganglions lymphatiques mésentériques (MLNs) et de la rate ont été infectés avec Shigella flexneri (Sf) seule ou en complexe avec SlgA. Les DCs infectées ont montré une augmentation de l'expression des marqueurs co-stimulateurs, une forte production des cytokines pro¬inflammatoires et une induction de la prolifération des cellules T. Après l'association des Sf avec SlgA, les profils pro-inflammatoires des DCs ont diminués. En particulier, SlgA a un effet sur les cytokines sécrétées et sur la prolifération des cellules T. Ces données démontrent le rôle de la SlgA dans la réponse immunitaire par les DCs des muqueuses.

High expression levels of macrophage migration inhibitory factor sustain the innate immune responses of neonates.

The vulnerability to infection of newborns is associated with a limited ability to mount efficient immune responses. High concentrations of adenosine and prostaglandins in the fetal and neonatal circulation hamper the antimicrobial responses of newborn immune cells. However, the existence of mechanisms counterbalancing neonatal immunosuppression has not been investigated. Remarkably, circulating levels of macrophage migration inhibitory factor (MIF), a proinflammatory immunoregulatory cytokine expressed constitutively, were 10-fold higher in newborns than in children and adults. Newborn monocytes expressed high levels of MIF and released MIF upon stimulation with Escherichia coli and group B Streptococcus, the leading pathogens of early-onset neonatal sepsis. Inhibition of MIF activity or MIF expression reduced microbial product-induced phosphorylation of p38 and ERK1/2 mitogen-activated protein kinases and secretion of cytokines. Recombinant MIF used at newborn, but not adult, concentrations counterregulated adenosine and prostaglandin E2-mediated inhibition of ERK1/2 activation and TNF production in newborn monocytes exposed to E. coli. In agreement with the concept that once infection is established high levels of MIF are detrimental to the host, treatment with a small molecule inhibitor of MIF reduced systemic inflammatory response, bacterial proliferation, and mortality of septic newborn mice. Altogether, these data provide a mechanistic explanation for how newborns may cope with an immunosuppressive environment to maintain a certain threshold of innate defenses. However, the same defense mechanisms may be at the expense of the host in conditions of severe infection, suggesting that MIF could represent a potential attractive target for immune-modulating adjunctive therapies for neonatal sepsis.

Characterization of local and systemic immune-modulation in melanoma patients

Le mélanome cutané est un des cancers les plus agressifs et dont l'incidence augmente le plus en Suisse. Une fois métastatique, le pronostic de survie moyenne avec les thérapies actuelles est d'environ huit mois, avec moins de 5% de survie à cinq ans. Les récents progrès effectués dans la compréhension de la biologie de la cellule tumorale mais surtout dans l'importance du système immunitaire dans le contrôle de ce cancer ont permis le développement de nouveaux traitements novateurs et prometteurs. Ces thérapies, appelées immunothérapies, reposent sur la stimulation et l'augmentation de la réponse immunitaire à la tumeur. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré l'efficacité de ces traitements chez les patients avec des stades avancés de la maladie, le contrôle de la maladie à long- terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression locale et systémique de la réponse immunitaire spécifique anti-tumorale apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Des études sur les souris ont montré que les vaisseaux lymphatiques joueraient un rôle primordial dans ce processus en induisant une tolérance immune, ce qui permettrait à la tumeur d'échapper au contrôle du système immunitaire et métastatiser plus facilement. Ces excitantes découvertes n'ont pas encore été établi et prouvé chez l'homme. Dans cette thèse, nous montrons pour la première fois que les vaisseaux lymphatiques sont directement impliqués dans la modulation de la réponse immunitaire au niveau local et systémique dans le mélanome chez l'homme. Ces récentes découvertes montrent le potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec les immunothérapies actuellement utilisées afin d'améliorer le pronostic des patients atteint du mélanome. -- Cutaneous melanoma is one of the most invasive and metastatic human cancers and causes 75% of skin cancer mortality. Current therapies such as surgery and chemotherapy fail to control metastatic disease, and relapse occurs frequently due to microscopic residual lesions. It is, thus, essential to develop and optimize novel therapeutic strategies to improve curative responses in these patients. In recent decades, tumor immunologists have revealed the development of spontaneous adaptive immune responses in melanoma patients, leading to the accumulation of highly differentiated tumor-specific T cells at the tumor site. This remains one of the most powerful prognostic markers to date. Immunotherapies that augment the natural function of these tumor-specific T cells have since emerged as highly attractive therapeutic approaches to eliminate melanoma cells. While recent clinical trials have demonstrated great progress in the treatment of advanced stage melanoma, long-term disease control is still only achieved in a minority of patients. Local and systemic immune suppression by the tumor appears to be responsible, in part, for this poor clinical evolution. These facts underscore the need for a better analysis and characterization of immune- related pathways within the tumor microenvironment (TME), as well as at the systemic level. The overall goal of this thesis is, thus, to obtain greater insight into the complexity and heterogeneity of the TME in human melanoma, as well as to investigate immune modulation beyond the TME, which ultimately influences the immune system throughout the whole body. To achieve this, we established two main objectives: to precisely characterize local and systemic immune modulation (i) in untreated melanoma patients and (ii) in patients undergoing peptide vaccination or checkpoint blockade therapy with anti-cytotoxic T- lymphocyte-asisctaed protein-4 (CTLA-4) antibody. In the first and main part of this thesis, we analyzed lymphatic vessels in relation to anti-tumor immune responses in tissues from vaccinated patients using a combination of immunohistochemistry (IHC) techniques, whole slide scanning/analysis, and an automatic quantification system. Strikingly, we found that increased lymphatic vessel density was associated with high expression of immune suppressive molecules, low functionality of tumor-infiltrating CD8+ T cells and decreased cytokine production by tumor-antigen specific CD8+ T cells in the blood. These data revealed a previously unappreciated local and systemic role of lymphangiogenesis in modulating T cell responses in human cancer and support the use of therapies that target lymphatic vessels combined with existing and future T cell based therapies. In the second objective, we describe a metastatic melanoma patient who developed pulmonary sarcoid-like granulomatosis following repetitive vaccination with peptides and CpG. We demonstrated that the onset of this pulmonary autoimmune adverse event was related to the development of a strong and long-lasting tumor-specific CD8+ T cell response. This constitutes the first demonstration that a new generation tumor vaccine can induce the development of autoimmune adverse events. In the third objective, we assessed the use of Fourier Transform Infrared (FTIR) imaging to identify melanoma cells and lymphocyte subpopulations in lymph node (LN) metastasis tissues, thanks to a fruitful collaboration with researchers in Brussels. We demonstrated that the different cell types in metastatic LNs have different infrared spectral features allowing automated identification of these cells. This technic is therefore capable of distinguishing known and novel biological features in human tissues and has, therefore, significant potential as a tool for histopathological diagnosis and biomarker assessment. Finally, in the fourth objective, we investigated the role of colony- stimulating factor-1 (CSF-1) in modulating the anti-tumor response in ipilimumab-treated patients using IHC and in vitro co-cultures, revealing that melanoma cells produce CSF-1 via CTL-derived cytokines when attacked by cytotoxic T lymphocytes (CTLs), resulting in the recruitment of immunosuppressive monocytes. These findings support the combined use of CSF-1R blockade with T cell based immunotherapy for melanoma patients. Taken together, our results reveal the existence of novel mechanisms of immune modulation and thus promote the optimization of combination immunotherapies against melanoma. -- Le mélanome cutané est un des cancers humains les plus invasifs et métastatiques et est responsable de 75% de la mortalité liée aux cancers de la peau. Les thérapies comme la chirurgie et la chimiothérapie ont échoué à contrôler le mélanome métastatique, par ailleurs les rechutes sous ces traitements ont été montrées fréquentes. Il est donc essentiel de développer et d'optimiser de nouvelles stratégies thérapeutiques pour améliorer les réponses thérapeutiques de ces patients. Durant les dernières décennies, les immunologistes spécialisés dans les tumeurs ont démontré qu'un patient atteint du mélanome pouvait développer spontanément une réponse immune adaptative à sa tumeur et que l'accumulation de cellules T spécifiques tumorales au sein même de la tumeur était un des plus puissants facteurs pronostiques. Les immunothérapies qui ont pour but d'augmenter les fonctions naturelles de ces cellules T spécifiques tumorales ont donc émergé comme des approches thérapeutiques très attractives pour éliminer les cellules du mélanome. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré un progrès important dans le traitement des formes avancées du mélanome, le contrôle de la maladie à long-terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression immune locale et systémique apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Ces considérations soulignent la nécessité de mieux analyser et caractériser les voies immunitaires non seulement au niveau local dans le microenvironement tumoral mais aussi au niveau systémique dans le sang des patients. Le but de cette thèse est d'obtenir une plus grande connaissance de la complexité et de l'hétérogénéité du microenvironement tumoral dans les mélanomes mais aussi d'investiguer la modulation immunitaire au delà du microenvironement tumoral au niveau systémique. Afin d'atteindre ce but, nous avons établi deux objectifs principaux : caractériser précisément la modulation locale et systémique du système immunitaire (i) chez les patients atteints du mélanome qui n'ont pas reçu de traitement et (ii) chez les patients qui ont été traités soit par des vaccins soit par des thérapies qui bloquent les points de contrôles. Dans la première et majeure partie de cette thèse, nous avons analysé les vaisseaux lymphatiques en relation avec la réponse immunitaire anti-tumorale dans les tissus des patients vaccinés grâce à des techniques d'immunohistochimie et de quantification informatisé et automatique des marquages. Nous avons trouvé qu'une densité élevée de vaisseaux lymphatiques dans la tumeur était associée à une plus grande expression de molécules immunosuppressives ainsi qu'à une diminution de la fonctionnalité des cellules T spécifiques tumoral dans la tumeur et dans le sang des patients. Ces résultats révèlent un rôle jusqu'à là inconnu des vaisseaux lymphatiques dans la modulation directe du système immunitaire au niveau local et systémique dans les cancers de l'homme. Cette recherche apporte finalement des preuves du potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec des autres immunothérapies déjà utilisées en clinique. Dans le second objectif, nous rapportons le cas d'un patient atteint d'un mélanome avec de multiples métastases qui a développé à la suite de plusieurs vaccinations répétées et consécutives avec des peptides et du CpG, un évènement indésirable sous la forme d'une granulomatose pulmonaire sarcoid-like. Nous avons démontré que l'apparition de cet évènement était intimement liée au développement d'une réponse immunitaire durable et spécifique contre les antigènes de la tumeur. Par là- même, nous prouvons pour la première fois que la nouvelle génération de vaccins est aussi capable d'induire des effets indésirables auto-immuns. Pour le troisième objectif, nous avons voulu savoir si l'utilisation de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) était capable d'identifier les cellules du mélanome ainsi que les différents sous-types cellulaires dans les ganglions métastatiques. Grâce à nos collaborateurs de Bruxelles, nous avons pu établir que les diverses composantes cellulaires des ganglions atteints par des métastases du mélanome présentaient des spectres infrarouges différents et qu'elles pouvaient être identifiées d'une façon automatique. Cette nouvelle technique permettrait donc de distinguer des caractéristiques biologiques connues ou nouvelles dans les tissus humains qui auraient des retombées pratiques importantes dans le diagnostic histopathologique et dans l'évaluation des biomarqueurs. Finalement dans le dernier objectif, nous avons investigué le rôle du facteur de stimulation des colonies (CSF-1) dans la modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale chez les patients qui ont été traités par l'Ipilimumab. Nos expériences in vivo au niveau des tissus tumoraux et nos co-cultures in vitro nous ont permis de démontrer que les cytokines secrétées par les cellules T spécifiques anti-tumorales induisaient la sécrétion de CSF-1 dans les cellules du mélanome ce qui résultait en un recrutement de monocytes immunosuppresseurs. Dans son ensemble, cette thèse révèle donc l'existence de nouveaux mécanismes de modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale et propose de nouvelles optimisations de combinaison d'immunothérapies contre le mélanome.