Detection of serum antibodies against Leishmania 94 kDa antigen in visceral and cutaneous leishmaniosis due to Leishmania infantum.

Leishmania promastigotes polypeptides are analyzed by immunoblotting with sera from patients infected with different Leishmania species and presenting visceral or cutaneous infections. These sera recognize Leishmania polypeptides in several molecular masses. The major findings of this study are as follow. 1) The Leishmania 94 kDa antigen, which is specifically recognized by all sera from L. infantum-infected patients with visceral infection, is recognized by some sera from L. infantum-infected patients presenting cutaneous infection. 2) All patients with cutaneous infections due to L. tropica, L. amazonensis, or L. guyanensis do not develop anti-94 kDa antibodies, whatever the Leishmania species used as antigens. 3) Difference in electrophoretic mobilities is seen between the 94 kDa antigen identified by sera from Leishmania infantum-infected patients, and the antigen both recognized by the Concavalin A lectin and a rabbit antiserum raised against deglycosylated Promastigote Surface Protease.

Rapid IL-4 production by Leishmania homolog of mammalian RACK1-reactive CD4(+) T cells in resistant mice treated once with anti-IL-12 or -IFN-gamma antibodies at the onset of infection with Leishmania major instructs Th2 cell development, resulting in nonhealing lesions.

Rapid production of IL-4 by Leishmania homolog of mammalian RACK1 (LACK)-reactive CD4(+) T cells expressing the V beta 4-V alpha 8 TCR chains has been shown to drive aberrant Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB/c mice. In contrast, mice from resistant strains fail to express this early IL-4 response. However, administration of either anti-IL-12 or -IFN-gamma at the initiation of infection allows the expression of this early IL-4 response in resistant mice. In this work we show that Leishmania homolog of mammalian RACK1-reactive CD4(+) T cells also expressing the V beta 4-V alpha 8 TCR chains are the source of the early IL-4 response to L. major in resistant mice given anti-IL-12 or -IFN-gamma Abs only at the onset of infection. Strikingly, these cells were found to be required for the reversal of the natural resistance of C57BL/6 mice following a single administration of anti-IL-12 or -IFN-gamma Abs. Together these results suggest that a deficiency in mechanisms capable of down-regulating the early IL-4 response to L. major contributes to the exquisite susceptibility of BALB/c mice to L. major.

Deletion of the viral anti-apoptotic gene F1L in the HIV/AIDS vaccine candidate MVA-C enhances immune responses against HIV-1 antigens.

Vaccinia virus (VACV) encodes an anti-apoptotic Bcl-2-like protein F1 that acts as an inhibitor of caspase-9 and of the Bak/Bax checkpoint but the role of this gene in immune responses is not known. Because dendritic cells that have phagocytosed apoptotic infected cells cross-present viral antigens to cytotoxic T cells inducing an antigen-specific immunity, we hypothesized that deletion of the viral anti-apoptotic F1L gene might have a profound effect on the capacity of poxvirus vectors to activate specific immune responses to virus-expressed recombinant antigens. This has been tested in a mouse model with an F1L deletion mutant of the HIV/AIDS vaccine candidate MVA-C that expresses Env and Gag-Pol-Nef antigens (MVA-C-ΔF1L). The viral gene F1L is not required for virus replication in cultured cells and its deletion in MVA-C induces extensive apoptosis and expression of immunomodulatory genes in infected cells. Analysis of the immune responses induced in BALB/c mice after DNA prime/MVA boost revealed that, in comparison with parental MVA-C, the mutant MVA-C-ΔF1L improves the magnitude of the HIV-1-specific CD8 T cell adaptive immune responses and impacts on the CD8 T cell memory phase by enhancing the magnitude of the response, reducing the contraction phase and changing the memory differentiation pattern. These findings reveal the immunomodulatory role of F1L and that the loss of this gene is a valid strategy for the optimization of MVA as vaccine vector.

Protection against cutaneous leishmaniasis in outbred vervet monkeys using a recombinant histone H1 antigen.

Infection with Leishmania major parasites results in the development of cutaneous ulcerative lesions on the skin. We investigated the protective potential of a single, recombinant histone H1 antigen against cutaneous leishmaniasis in an outbred population of vervet monkeys, using Montanide adjuvant. Protection was assessed by challenging the animals with a mixture of vector sand fly salivary-gland lysate and a low dose of in vitro-derived parasites, thus more closely mimicking natural infection induced by L. major. The course of infection in immunized monkeys was compared with that of animals that had healed from a primary infection and were immune. The monkeys immunized with recombinant histone H1 showed a reduced development of lesion size, compared with controls. Our study therefore illustrates the potential use of histone H1 as a vaccine candidate against cutaneous leishmaniasis in humans.

Cytolytic T lymphocyte recognition of the murine cytomegalovirus nonstructural immediate-early protein pp89 expressed by recombinant vaccinia virus.

The murine immediate-early (IE) protein pp89 is a nonstructural virus-encoded phosphoprotein residing in the nucleus of infected cells, where it acts as transcriptional activator. Frequency analysis has shown that in BALB/c mice the majority of virus-specific CTL recognize IE antigens. The present study was performed to assess whether pp89 causes membrane antigen expression detected by IE-specific CTL. Site-directed mutagenesis has been used to delete the introns from gene ieI, encoding pp89, for subsequent integration of the continuous coding sequence into the vaccinia virus genome. After infection with the vaccinia recombinant, the authentic pp89 was expressed in cells that became susceptible to lysis by an IE-specific CTL clone. Priming of mice with the vaccinia recombinant sensitized polyclonal CTL that recognized MCMV-infected cells and transfected cells expressing pp89. Thus, a herpesviral IE polypeptide with essential function in viral transcriptional regulation can also serve as a dominant antigen for the specific CTL response of the host.

HLA class I - associated immunodominance affects CTL responsiveness to an ESO recombinant protein tumor antigen vaccine.

PURPOSE: Vaccination with full-length human tumor antigens aims at inducing or increasing antitumor immune responses, including CD8 CTL in cancer patients across the HLA barrier. We have recently reported that vaccination with a recombinant tumor-specific NY-ESO-1 (ESO) protein, administered with Montanide and CpG resulted in the induction of specific integrated antibody and CD4 T cell responses in all vaccinated patients examined, and significant CTL responses in half of them. Vaccine-induced CTL mostly recognized a single immunodominant region (ESO 81-110). The purpose of the present study was to identify genetic factor(s) distinguishing CTL responders from nonresponders. EXPERIMENTAL DESIGN: We determined the HLA class I alleles expressed by CTL responders and nonresponders using high-resolution molecular typing. Using short overlapping peptides spanning the ESO immunodominant CTL region and HLA class I/ESO peptide tetramers, we determined the epitopes recognized by the majority of vaccine-induced CTL. RESULTS: CTL induced by vaccination with ESO protein mostly recognized distinct but closely overlapping epitopes restricted by a few frequently expressed HLA-B35 and HLA-Cw3 alleles. All CTL responders expressed at least one of the identified alleles, whereas none of the nonresponders expressed them. CONCLUSIONS: Expression of HLA-B35 and HLA-Cw3 is associated with the induction of immunodominant CTL responses following vaccination with recombinant ESO protein. Because recombinant tumor-specific proteins are presently among the most promising candidate anticancer vaccines, our findings indicate that the monitoring of cancer vaccine trials should systematically include the assessment of HLA association with responsiveness.

IFN-gamma-producing CD45RA+CD8+ and IL-10-producing CD45RA-CD4+ T cells generated in response to LACK in naive subjects never exposed to Leishmania.

Leishmania guyanensis (L.g.)-specific CD8+ T cells can be isolated from PBMC of subjects who have never been previously exposed to Leishmania. Cells that produce IFN-gamma in response to live L.g. are generated from naive CD45RA+CD8+ T cells. The generation of L.g.-specific CD8+ T cells requires the presence of whole L.g. or UV-irradiated parasite but not the soluble antigens from L.g. promastigotes. The IFN-gamma-producing T cells recognize a specific antigen, the Leishmania homologue of receptors of activated C kinases (LACK) and this antigen but not live L.g. can produce a strong IL-10 response in CD45RA-CD4+ memory T cells from naive subjects. A single epitope (amino acid 156-173) is found to induce the IL-10 synthesis. While the IFN-gamma-producing cells are present among CD45RA+CD8+ T cells that are CD62L-CDR7- and CLA-, the LACK-reactive IL-10-producing cells are CD4+ T cells that are CD62L+CCR7- and CLA-.

Functional plasticity of the LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells normally producing the early IL-4 instructing Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB / c mice.

Early production of IL-4 by LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells instructs aberrant Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB / c mice. This was demonstrated using Vbeta4(+)-deficient BALB / c mice as a result of chronic infection with MMTV (SIM), a mouse mammary tumor virus expressing a Vbeta4-specific superantigen. The early IL-4 response was absent in these mice which develop a Th1 response to L. major. Here, we studied the functional plasticity of LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells using BALB/ c mice inoculated with L. major shortly after infection with MMTV (SIM), i. e. before deletion of Vbeta4(+) cells. These mice fail to produce the early IL-4 response to L. major and instead exhibit an IFN-gamma response that occurs within LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells. Neutralization of IFN-gamma restores the production of IL-4 by these cells. These data suggest that the functional properties of LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells are not irreversibly fixed.

Vaccination against Staphylococcus aureus experimental endocarditis using recombinant Lactococcus lactis expressing ClfA or FnbpA.

Staphylococcus aureus is a major cause of serious infections in humans and animals and a vaccine is becoming a necessity. Lactococcus lactis is a non-pathogenic bacterium that can be used as a vector for the delivery of antigens. We investigated the ability of non-living L. lactis heterologously expressing S. aureus clumping factor A (ClfA) and fibronectin-binding protein A (FnbpA), alone or together, to elicit an immune response in rats and protect them from S. aureus experimental infective endocarditis (IE). L. lactis ClfA was used for immunization against S. aureus Newman (expressing ClfA but not FnbpA), while L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA, as well as L. lactis ClfA/FnbpA, were used against S. aureus P8 (expressing ClfA and FnbpA). Vaccination of rats with L. lactis ClfA elicited antibodies that inhibited binding of S. aureus Newman to fibrinogen, triggered the production of IL-17A and conferred protection to 13/19 (68%) of the animals from IE (P<0.05). Immunization with L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA or L. lactis ClfA/FnbpA also produced antibodies against the target proteins, but these did not prevent binding of S. aureus P8 to fibrinogen or fibronectin and did not protect animals against S. aureus P8 IE. Moreover, immunization with constructs containing FnbpA did not increase IL-17A production. These results indicate that L. lactis is a valuable antigen delivery system able to elicit efficient humoral and cellular responses. However, the most appropriate antigens affording protection against S. aureus IE are yet to be elucidated.

T-cell receptor V beta use predicts reactivity and tolerance to Mlsa-encoded antigens.

T lymphocytes reactive with the product of the Mlsa-allele of the minor lymphocyte stimulating (Mls) locus use a predominant T-cell receptor beta-chain variable gene segment (V beta 6). Such V beta 6-bearing T cells are selectively eliminated in the thymus of Mlsa-bearing mice, consistent with a model in which tolerance to self antigens is achieved by clonal deletion.

Cultured human fetal astrocytes can be induced by interferon-gamma to express HLA-DR.

Interferon-gamma (IFN-gamma) modulates the expression of Class II major histocompatibility antigens (MHC), thus providing a potential regulatory mechanism for local immune reactivity in the context of MHC-restricted antigen presentation. Within the central nervous system (CNS), the expression of MHC Class II antigens has been demonstrated on human reactive astrocytes and glioma cells. In order to investigate the modulation of HLA-DR on normal astrocytes, two cell lines were grown from a 20-week-old fetal brain. In situ none of the fetal brain cells expressed HLA-DR as determined by immunohistology on frozen tissue sections. The two cell lines, FB I and FB II, expressed GFAP indicating their astrocytic origin. FB I was HLA-DR negative at the first tissue culture passages, but could be induced to express HLA-DR when treated with 500 U/ml IFN-gamma. FB II was spontaneously HLA-DR positive in the early passages, lost the expression of this antigen after 11 passages and could also be induced to express HLA-DR by IFN-gamma. The induction of HLA-DR expression was demonstrated both by a binding RIA and by immunoprecipitation using a monoclonal antibody (MAB) directed against a monomorphic determinant of HLA-DR. The HLA-DR alloantigens were determined on FB II cells after IFN-gamma treatment, by immunofluorescence and by cytotoxicity assays, and were shown to be DR4, DR6, Drw52, DRw53 and DQwl. These results show that human fetal astrocytes can be induced to express HLA-DR by IFN-gamma in vitro and support the concept that astrocytes may function as antigen-presenting cells.

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.

Immuno-reactive proteins from Mycobacterium immunogenum useful for serodiagnosis of metalworking fluid hypersensitivity pneumonitis.

Metalworking fluid-associated hypersensitivity pneumonitis (MWF-HP) is a pulmonary disease caused by inhaling microorganisms present in the metalworking fluids used in the industrial sector. Mycobacterium immunogenum is the main etiological agent. Among the clinical, radiological and biological tools used for diagnosis, serological tests are important. The aim of this study was to identify immunogenic proteins in M. immunogenum and to use recombinant antigens for serological diagnosis of MWF-HP. Immunogenic proteins were detected by two-dimensional Western blot and candidate proteins were identified by mass spectrometry. Recombinant antigens were expressed in Escherichia coli and tested by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) with the sera of 14 subjects with MWF-HP and 12 asymptomatic controls exposed to M. immunogenum. From the 350 spots visualized by two-dimensional gel electrophoresis with M. immunogenum extract, 6 immunogenic proteins were selected to be expressed as recombinant antigens. Acyl-CoA dehydrogenase antigen allowed for the best discrimination of MWF-HP cases against controls with an area under the receiver operating characteristics (ROC) curve of 0.930 (95% CI=0.820-1), a sensitivity of 100% and a specificity of 83% for the optimum threshold. Other recombinant antigens correspond to acyl-CoA dehydrogenase FadE, cytosol aminopeptidase, dihydrolipoyl dehydrogenase, serine hydroxymethyltransferase and superoxide dismutase. This is the first time that recombinant antigens have been used for the serodiagnosis of hypersensitivity pneumonitis. The availability of recombinant antigens makes it possible to develop standardized serological tests which in turn could simplify diagnosis, thus making it less invasive.

Dictyostelium discoideum as an expression host for the circumsporozoite protein of Plasmodium falciparum.

We have used the cellular slime mold, Dictyostelium discoideum (Dd), to express the Plasmodium falciparum circumsporozoite protein (CS), a potential component of a subunit vaccine against malaria. This was accomplished via an expression vector based on the discoidin I-encoding gene promoter, in which we linked a sequence coding for a Dd leader peptide to the almost complete CS coding region (pEDII-CS). CS production at both the mRNA and protein levels is induced by starving cells in a simple phosphate buffer. Variation in pH or cell density does not seem to influence CS synthesis. CS-producing cells can be grown either on their normal substrate, bacteria, or on a semi-synthetic media, without affecting CS accumulation level. The CS produced in Dd seems similar to the natural parasite protein as judged by its size and epitope recognition by a panel of monoclonal antibodies. We constructed a second expression vector in which the CS is under the control of a Dd ras promoter. CS accumulation can then be induced by external addition of cAMP. Such a tightly regulated promoter may allow expression of proteins potentially toxic to the cell. Thus, Dd could be a useful eukaryotic system to produce recombinant proteins, in particular from human or animal parasites like P. falciparum.

HARNESSING iNKT CELLS WITH RECOMBINANT CD1d FUSION PROTEINS TO REDIRECT INNATE AND ADAPTIVE IMMUNITY TO THE TUMOR

Les thérapies du cancer, comme la radiothérapie et la chimiothérapie, sont couramment utilisées mais ont de nombreux effets secondaires. Ces thérapies invasives pour le patient nécessitent d'être améliorées et de nombreuses avancées ont été faites afin d'adapter et de personnaliser le traitement du cancer. L'immunothérapie a pour but de renforcer le système immunitaire du patient et de le rediriger de manière spécifique contre la tumeur. Dans notre projet, nous activons les lymphocytes Invariant Natural Killer T (iNKT) afin de mettre en place une immunothérapie innovatrice contre le cancer. Les cellules iNKT sont une unique sous-population de lymphocytes T qui ont la particularité de réunir les propriétés de l'immunité innée ainsi qu'adaptative. En effet, les cellules iNKT expriment à leur surface des molécules présentes aussi sur les cellules tueuses NK, caractéristique de l'immunité innée, ainsi qu'un récepteur de cellules T (TCR) qui représente l'immunité adaptative. Les cellules iNKT reconnaissent avec leur TCR des antigènes présentés par la molécule CD1d. Les antigènes sont des protéines, des polysaccharides ou des lipides reconnus par les cellules du système immunitaire ou les anticorps pour engendrer une réponse immunitaire. Dans le cas des cellules iNKT, l'alpha-galactosylceramide (αGC) est un antigène lipidique fréquemment utilisé dans les études cliniques comme puissant activateur. Après l'activation des cellules iNKT avec l'αGC, celles-ci produisent abondamment et rapidement des cytokines. Ces cytokines sont des molécules agissant comme des signaux activateurs d'autres cellules du système immunitaire telles que les cellules NK et les lymphocytes T. Cependant, les cellules iNKT deviennent anergiques après un seul traitement avec l'αGC c'est à dire qu'elles ne peuvent plus être réactivées, ce qui limite leur utilisation dans l'immunothérapie du cancer. Dans notre groupe, Stirnemann et al ont publié une molécule recombinante innovante, composée de la molécule CD1d soluble et chargée avec le ligand αGC (αGC/sCD1d). Cette protéine est capable d'activer les cellules iNKT tout en évitant l'anergie. Dans le système immunitaire, les anticorps sont indispensables pour combattre une infection bactérienne ou virale. En effet, les anticorps ont la capacité de reconnaître et lier spécifiquement un antigène et permettent l'élimination de la cellule qui exprime cet antigène. Dans le domaine de l'immunothérapie, les anticorps sont utilisés afin de cibler des antigènes présentés seulement par la tumeur. Ce procédé permet de réduire efficacement les effets secondaires lors du traitement du cancer. Nous avons donc fusionné la protéine recombinante αGC/CD1d à un fragment d'anticorps qui reconnaît un antigène spécifique des cellules tumorales. Dans une étude préclinique, nous avons démontré que la protéine αGC/sCD1d avec un fragment d'anticorps dirigé contre la tumeur engendre une meilleure activation des cellules iNKT et entraîne un effet anti-tumeur prolongé. Cet effet anti-tumeur est augmenté comparé à une protéine αGC/CD1d qui ne cible pas la tumeur. Nous avons aussi montré que l'activation des cellules iNKT avec la protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur améliore l'effet anti- tumoral d'un vaccin pour le cancer. Lors d'expériences in vitro, la protéine αGC/sCD1d-anti- tumeur permet aussi d'activer les cellules humaines iNKT et ainsi tuer spécifiquement les cellules tumorales humaines. La protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur représente une alternative thérapeutique prometteuse dans l'immunothérapie du cancer. - Les cellules Invariant Natural Killer T (iNKT), dont les effets anti-tumoraux ont été démontrés, sont de puissants activateurs des cellules Natural Killer (NK), des cellules dendritiques (DC) et des lymphocytes T. Cependant, une seule injection du ligand de haute affinité alpha-galactosylceramide (αGC) n'induit une forte activation des cellules iNKT que durant une courte période. Celle-ci est alors suivie d'une longue phase d'anergie, limitant ainsi leur utilisation pour la thérapie. Comme alternative prometteuse, nous avons montré que des injections répétées d'αGC chargé sur une protéine recombinante de CD1d soluble (αGC/sCD1d) chez la souris entraînent une activation prolongée des cellules iNKT, associée à une production continue de cytokine. De plus, le maintien de la réactivité des cellules iNKT permet de prolonger l'activité anti-tumorale lorsque la protéine αGC/sCD1d est fusionnée à un fragment d'anticorps (scFv) dirigé contre la tumeur. L'inhibition de la croissance tumorale n'est optimale que lorsque les souris sont traitées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv ciblant la tumeur, la protéine αGC/sCD1d-scFv non-appropriée étant moins efficace. Dans le système humain, les protéines recombinantes αGC/sCD1d-anti-HER2 et anti-CEA sont capables d'activer et de faire proliférer des cellules iNKT à partir de PBMCs issues de donneurs sains. De plus, la protéine αGC/sCD1d-scFv a la capacité d'activer directement des clones iNKT humains en l'absence de cellules présentatrices d'antigènes (CPA), contrairement au ligand αGC libre. Mais surtout, la lyse des cellules tumorales par les iNKT humaines n'est obtenue que lorsqu'elles sont incubées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv anti- tumeur. En outre, la redirection de la cytotoxicité des cellules iNKT vers la tumeur est supérieure à celle obtenue avec une stimulation par des CPA chargées avec l'αGC. Afin d'augmenter les effets anti-tumoraux, nous avons exploité la capacité des cellules iNKT à activer l'immunité adaptive. Pour ce faire, nous avons combiné l'immunothérapie NKT/CD1d avec un vaccin anti-tumoral composé d'un peptide OVA. Des effets synergiques ont été obtenus lorsque les traitements avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 étaient associés avec le CpG ODN comme adjuvant pour la vaccination avec le peptide OVA. Ces effets ont été observés à travers l'activation de nombreux lymphocytes T CD8+ spécifique de la tumeur, ainsi que par la forte expansion des cellules NK. Les réponses, innée et adaptive, élevées après le traitement avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 combinée au vaccin OVA/CpG ODN étaient associées à un fort ralentissement de la croissance des tumeurs B16- OVA-HER2. Cet effet anti-tumoral corrèle avec l'enrichissement des lymphocytes T CD8+ spécifiques observé à la tumeur. Afin d'étendre l'application des protéines αGC/sCD1d et d'améliorer leur efficacité, nous avons développé des fusions CD1d alternatives. Premièrement, une protéine αGC/sCD1d dimérique, qui permet d'augmenter l'avidité de la molécule CD1d pour les cellules iNKT. Dans un deuxième temps, nous avons fusionné la protéine αGC/sCD1d avec un scFv dirigé contre le récepteur 3 du facteur de croissance pour l'endothélium vasculaire (VEGFR-3), afin de cibler l'environnement de la tumeur. Dans l'ensemble, ces résultats démontrent que la thérapie médiée par la protéine recombinante αGC/sCD1d-scFv est une approche prometteuse pour rediriger l'immunité innée et adaptive vers le site tumoral. - Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are potent activators of Natural Killer (NK), dendritic cells (DC) and T lymphocytes, and their anti-tumor activities have been well demonstrated. However, a single injection of the high affinity CD1d ligand alpha-galactosylceramide (αGC) leads to a strong but short-lived iNKT cell activation followed by a phase of long-term anergy, limiting the therapeutic use of this ligand. As a promising alternative, we have demonstrated that when αGC is loaded on recombinant soluble CD1d molecules (αGC/sCD1d), repeated injections in mice led to the sustained iNKT cell activation associated with continued cytokine secretion. Importantly, the retained reactivity of iNKT cell led to prolonged antitumor activity when the αGC/sCD1d was fused to an anti-tumor scFv fragments. Optimal inhibition of tumor growth was obtained only when mice were treated with the tumor-targeted αGC/CD1d-scFv fusion, whereas the irrelevant αGC/CD1d-scFv fusion was less efficient. When tested in a human system, the recombinant αGC/sCD1d-anti-HER2 and -anti-CEA fusion proteins were able to expand iNKT cells from PBMCs of healthy donors. Furthermore, the αGC/sCD1d-scFv fusion had the capacity to directly activate human iNKT cells clones without the presence of antigen-presenting cells (APCs), in contrast to the free αGC ligand. Most importantly, tumor cell killing by human iNKT cells was obtained only when co- incubated with the tumor targeted sCD1d-antitumor scFv, and their direct tumor cytotoxicity was superior to the bystander killing obtained with αGC-loaded APCs stimulation. To further enhance the anti-tumor effects, we exploited the ability of iNKT cells to transactivate the adaptive immunity, by combining the NKT/CD1d immunotherapy with a peptide cancer vaccine. Interestingly, synergistic effects were obtained when the αGC/sCD1d- anti-HER2 fusion treatment was combined with CpG ODN as adjuvant for the OVA peptide vaccine, as seen by higher numbers of activated antigen-specific CD8 T cells and NK cells, as compared to each regimen alone. The increased innate and adaptive immune responses upon combined tumor targeted sCD1d-scFv treatment and OVA/CpG vaccine were associated with a strong delay in B16-OVA-HER2 melanoma tumor growth, which correlated with an enrichment of antigen-specific CD8 cells at the tumor site. In order to extend the application of the CD1d fusion, we designed alternative CD1d fusion proteins. First, a dimeric αGC/sCD1d-Fc fusion, which permits to augment the avidity of the CD1d for iNKT cells and second, an αGC/sCD1d fused to an anti vascular endothelial growth factor receptor-3 (VEGFR-3) scFv, in order to target tumor stroma environment. Altogether, these results demonstrate that the iNKT-mediated immunotherapy via recombinant αGC/sCD1d-scFv fusion is a promising approach to redirect the innate and adaptive antitumor immune response to the tumor site.