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.

Use of a human-like low-grade bacteremia model of experimental endocarditis to study the role of Staphylococcus aureus adhesins and platelet aggregation in early endocarditis.

Animal models of infective endocarditis (IE) induced by high-grade bacteremia revealed the pathogenic roles of Staphylococcus aureus surface adhesins and platelet aggregation in the infection process. In humans, however, S. aureus IE possibly occurs through repeated bouts of low-grade bacteremia from a colonized site or intravenous device. Here we used a rat model of IE induced by continuous low-grade bacteremia to explore further the contributions of S. aureus virulence factors to the initiation of IE. Rats with aortic vegetations were inoculated by continuous intravenous infusion (0.0017 ml/min over 10 h) with 10(6) CFU of Lactococcus lactis pIL253 or a recombinant L. lactis strain expressing an individual S. aureus surface protein (ClfA, FnbpA, BCD, or SdrE) conferring a particular adhesive or platelet aggregation property. Vegetation infection was assessed 24 h later. Plasma was collected at 0, 2, and 6 h postinoculation to quantify the expression of tumor necrosis factor (TNF), interleukin 1α (IL-1α), IL-1β, IL-6, and IL-10. The percentage of vegetation infection relative to that with strain pIL253 (11%) increased when binding to fibrinogen was conferred on L. lactis (ClfA strain) (52%; P = 0.007) and increased further with adhesion to fibronectin (FnbpA strain) (75%; P < 0.001). Expression of fibronectin binding alone was not sufficient to induce IE (BCD strain) (10% of infection). Platelet aggregation increased the risk of vegetation infection (SdrE strain) (30%). Conferring adhesion to fibrinogen and fibronectin favored IL-1β and IL-6 production. Our results, with a model of IE induced by low-grade bacteremia, resembling human disease, extend the essential role of fibrinogen binding in the initiation of S. aureus IE. Triggering of platelet aggregation or an inflammatory response may contribute to or promote the development of IE.

Reasons why emergency department providers do not rely on the pneumonia severity index to determine the initial site of treatment for patients with pneumonia.

BACKGROUND: Many emergency department (ED) providers do not follow guideline recommendations for the use of the pneumonia severity index (PSI) to determine the initial site of treatment for patients with community-acquired pneumonia (CAP). We identified the reasons why ED providers hospitalize low-risk patients or manage higher-risk patients as outpatients. METHODS: As a part of a trial to implement a PSI-based guideline for the initial site of treatment of patients with CAP, we analyzed data for patients managed at 12 EDs allocated to a high-intensity guideline implementation strategy study arm. The guideline recommended outpatient care for low-risk patients (nonhypoxemic patients with a PSI risk classification of I, II, or III) and hospitalization for higher-risk patients (hypoxemic patients or patients with a PSI risk classification of IV or V). We asked providers who made guideline-discordant decisions on site of treatment to detail the reasons for nonadherence to guideline recommendations. RESULTS: There were 1,306 patients with CAP (689 low-risk patients and 617 higher-risk patients). Among these patients, physicians admitted 258 (37.4%) of 689 low-risk patients and treated 20 (3.2%) of 617 higher-risk patients as outpatients. The most commonly reported reasons for admitting low-risk patients were the presence of a comorbid illness (178 [71.5%] of 249 patients); a laboratory value, vital sign, or symptom that precluded ED discharge (73 patients [29.3%]); or a recommendation from a primary care or a consulting physician (48 patients [19.3%]). Higher-risk patients were most often treated as outpatients because of a recommendation by a primary care or consulting physician (6 [40.0%] of 15 patients). CONCLUSION: ED providers hospitalize many low-risk patients with CAP, most frequently for a comorbid illness. Although higher-risk patients are infrequently treated as outpatients, this decision is often based on the request of an involved physician.

Human GnRH deficiency: a unique disease model to unravel the ontogeny of GnRH neurons.

Evolutionary survival of a species is largely a function of its reproductive fitness. In mammals, a sparsely populated and widely dispersed network of hypothalamic neurons, the gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neurons, serve as the pilot light of reproduction via coordinated secretion of GnRH. Since it first description, human GnRH deficiency has been recognized both clinically and genetically as a heterogeneous disease. A spectrum of different reproductive phenotypes comprised of congenital GnRH deficiency with anosmia (Kallmann syndrome), congenital GnRH deficiency with normal olfaction (normosmic idiopathic hypogonadotropic hypogonadism), and adult-onset hypogonadotropic hypogonadism has been described. In the last two decades, several genes and pathways which govern GnRH ontogeny have been discovered by studying humans with GnRH deficiency. More importantly, detailed study of these patients has highlighted the emerging theme of oligogenicity and genotypic synergism, and also expanded the phenotypic diversity with the documentation of reversal of GnRH deficiency later in adulthood in some patients. The underlying genetic defect has also helped understand the associated nonreproductive phenotypes seen in some of these patients. These insights now provide practicing clinicians with targeted genetic diagnostic strategies and also impact on clinical management.

Experimental design for acquiring relevant data to address the issue of comparing consecutively manufactured tools and firearms

The comparison of consecutively manufactured tools and firearms has provided much, but not all, of the basis for the profession of firearm and toolmark examination. The authors accept the fundamental soundness of this approach but appeal to the experimental community to close two minor gaps in the experimental procedure. We suggest that "blinding" and attention to appropriateness of other experimental conditions that would consolidate the foundations of our profession. We do not suggest that previous work is unsound.

Knowing the past to predict the future: land-use change and the distribution of invasive bullfrogs

Biological invasions and land-use changes are two major causes of the global modifications of biodiversity. Habitat suitability models are the tools of choice to predict potential distributions of invasive species. Although land-use is a key driver of alien species invasions, it is often assumed that land-use is constant in time. Here we combine historical and present day information, to evaluate whether land-use changes could explain the dynamic of invasion of the American bullfrog Rana catesbeiana (=Lithobathes catesbeianus) in Northern Italy, from the 1950s to present-day. We used maxent to build habitat suitability models, on the basis of past (1960s, 1980s) and present-day data on land-uses and species distribution. For example, we used models built using the 1960s data to predict distribution in the 1980s, and so on. Furthermore, we used land-use scenarios to project suitability in the future. Habitat suitability models predicted well the spread of bullfrogs in the subsequent temporal step. Models considering land-use changes predicted invasion dynamics better than models assuming constant land-use over the last 50 years. Scenarios of future land-use suggest that suitability will remain similar in the next years. Habitat suitability models can help to understand and predict the dynamics of invasions; however, land-use is not constant in time: land-use modifications can strongly affect invasions; furthermore, both land management and the suitability of a given land-use class may vary in time. An integration of land-use changes in studies of biological invasions can help to improve management strategies.

The use of classification and regression trees to predict the likelihood of seasonal influenza.

Background Individual signs and symptoms are of limited value for the diagnosis of influenza. Objective To develop a decision tree for the diagnosis of influenza based on a classification and regression tree (CART) analysis. Methods Data from two previous similar cohort studies were assembled into a single dataset. The data were randomly divided into a development set (70%) and a validation set (30%). We used CART analysis to develop three models that maximize the number of patients who do not require diagnostic testing prior to treatment decisions. The validation set was used to evaluate overfitting of the model to the training set. Results Model 1 has seven terminal nodes based on temperature, the onset of symptoms and the presence of chills, cough and myalgia. Model 2 was a simpler tree with only two splits based on temperature and the presence of chills. Model 3 was developed with temperature as a dichotomous variable (≥38°C) and had only two splits based on the presence of fever and myalgia. The area under the receiver operating characteristic curves (AUROCC) for the development and validation sets, respectively, were 0.82 and 0.80 for Model 1, 0.75 and 0.76 for Model 2 and 0.76 and 0.77 for Model 3. Model 2 classified 67% of patients in the validation group into a high- or low-risk group compared with only 38% for Model 1 and 54% for Model 3. Conclusions A simple decision tree (Model 2) classified two-thirds of patients as low or high risk and had an AUROCC of 0.76. After further validation in an independent population, this CART model could support clinical decision making regarding influenza, with low-risk patients requiring no further evaluation for influenza and high-risk patients being candidates for empiric symptomatic or drug therapy.

Validation of two echocardiographic indexes to improve the diagnosis of complex coarctations

Rapport de synthèse: Enjeux et contexte de recherche : la coarctation de l'aorte, rétrécissement de l'aorte thoracique descendante, est une des malformations cardiaques congénitales les plus fréquentes. Son diagnostic reste cependant difficile surtout lorsqu'elle est associée à la présence d'un canal artériel ou à une malformation cardiaque plus complexe. Dans ces contextes, les signes échographiques classiques qui posent habituellement le diagnostic (visualisation d'un rétrécissement juxtaductal et accélération au Doppler au niveau de l'isthme aortique) peuvent faire défaut ou être difficile à imager. La validation d'index basé sur des mesures anatomiques faciles à acquérir par échographie cardiaque, indépendantes de l'âge, de la situation hémodynamique et des malformations cardiaques associées représente une aide significative dans le diagnostic de la coarctation de l'aorte. Nous avons donc voulu valider par une étude rétrospective la fiabilité de deux index dans cette indication : l'index des artères carotido-sous-clavière (index CSA; rapport du diamètre de l'arc aortique transverse distal sur la distance entre les artères carotide et sous-clavière gauches) et l'index de l'aorte isthmique-descendante (index I/D; rapport des diamètres de l'aorte isthmique sur celui de l'aorte descendante). Notre article : nous avons rétrospectivement calculé la valeur des deux index (CSA et I/D) chez un groupe de 68 enfants avec coarctation et un groupe 24 cas contrôles apparenté pour l'âge et le sexe. Les enfants avec coarctation ont un index CSA et I/D significativement plus bas que le groupe contrôle (Index CSA : 0.84 ± 0.39 vs. 2.65 ± 0.82, p<0.0001 - Index I/D : 0.58 ± 0.18 vs. 0.98 ± 0.19, p<0.0001). Pour les deux index, ni la présence d'une autre malformation cardiaque, ni l'âge n'ont un impact sur la différence significative entre les deux groupes. Conclusions: notre recherche à permis de valider qu'un index CSA de moins de 1,5 est fortement suggestif d'une coarctation, indépendamment de l'âge du patient et de la présence d'une autre malformation cardiaque. L'index I/D (valeur limite 0,64) est moins spécifique que l'index CSA. L'association des deux index augmente la sensibilité et permet rétrospectivement le diagnostic de tous les cas de coarctation seulement sur la base d'une échographie cardiaque standard faite au lit du patient. Perspectives : cette étude rétrospective mérite d'être vérifiée par une étude prospective afin de confirmer la contribution de ces index à la prise en charge des patients suspects d'une coarctation de l'aorte. Cependant, la situation dans laquelle ces index pourraient avoir le plus grand impact reste encore à explorer. En effet, si le diagnostic postnatal de la coarctation est parfois difficile, son diagnostic prénatal l'est nettement plus. La présence obligatoire du canal artériel et l'existence d'une hypoplasie isthmique physiologique chez le foetus obligent le cardiologue foetale à observer des signes indirects, peu sensibles, d'une possible coarctation (prépondérance des cavités droites). La validation de l'index CSA et/ou de l'index I/D chez le foetus constituerait donc une avancée majeure dans le diagnostic prénatal de la coarctation de l'aorte.