Plasmacytoid dendritic cells: one-trick ponies or workhorses of the immune system?

Plasmacytoid dendritic cells (pDCs) were first described as interferon-producing cells and, for many years, their overlapping characteristics with both lymphocytes and classical dendritic cells (cDCs) created confusion over their exact ontogeny. In this Viewpoint article, Nature Reviews Immunology asks five leaders in the field to discuss their thoughts on the development and functions of pDCs--do these cells serve mainly as a major source of type I interferons or do they also make other important contributions to immune responses?

Plasmacytoid Dendritic Cells Are Productively Infected and Activated through TLR-7 Early after Arenavirus Infection.

The antiviral response is largely mediated by dendritic cells (DCs), including conventional (c) DCs that function as antigen-presenting cells, and plasmacytoid (p) DCs that produce type I interferons, making them an attractive target for viruses. We find that the Old World arenaviruses lymphocytic choriomeningitis virus clone 13 (LCMV Cl13) and Lassa virus bind pDCs to a greater extent than cDCs. Consistently, LCMV Cl13 targets pDCs early after in vivo infection of its natural murine host and establishes a productive and robust replication cycle. pDCs coproduce type I interferons and proinflammatory cytokines, with the former being induced in both infected and uninfected pDCs, demonstrating a dissociation from intrinsic virus replication. TLR7 globally mediates pDC responses, limits pDC viral load, and promotes rapid innate and adaptive immune cell activation. These early events likely help dictate the outcome of infections with arenaviruses and other DC-replicating viruses and shed light on potential therapeutic targets.

Netting neutrophils in skin wounds recruit and activate plasmacytoid dentritic cells

Les mécanismes qui régulent le processus de guérison de la peau lésée ne sont pas entièrement compris. Nous avons précédemment montré que les cellules dendritiques plasmocytoïdes (pDCs) sont normalement absentes de la peau saine mais infiltrent rapidement la peau humaine ainsi que celle des souris après une blessure cutanée. Après avoir infiltré la peau, ces pDCs sont capables de détecter les acides nucléiques par l'expression des récepteurs de type Toll 7 et 9 ce qui les active à produire de 1' interféron (IFN) de type I. Ce processus est primordial pour la re- épithélisation des blessures cutanées. Cependant, les mécanismes conduisant à l'infiltration et à 1'activation des pDCs restent inconnus. Dans notre projet, nous montrons que la chimiokine CxcllO est responsable de l'infiltration des pDCs. De façon importante, nous démontrons que les neutrophiles qui infiltrent également la peau lésée sont la source majeure de cette chimiokine. La déplétion des neutrophiles abolit d'ailleurs le recrutement des pDCs confirmant ainsi que CxcllO produit par les neutrophiles est responsable de l'infiltration des pDCs dans la peau endommagée. De façon intéressante, nous avons trouvé que CxcllO en plus de son activité chimiotactique, est capable de former des complexes avec l'ADN et d'activer ainsi les pDCs à produire de l'IFN de type I. De plus, nous avons observé que les neutrophiles qui infiltrent la peau forment des Neutrophil Extracellular Traps (NETs). Ces NETs sont constitués de filaments extracellulaires d'ADN recouverts par de nombreuses protéines principalement d'origine granulaire. D'une manière frappante, le blocage de la NETose ou l'utilisation de souris déficientes pour la formation de NETs altère le recrutement et l'activation des pDCs ainsi que la réponse inflammatoire qui en découle ainsi que le processus de re-epithélisation qui s'ensuit. En prenant en compte toutes ces données, nos résultats démontrent que suite à une blessure de la peau, les neutrophiles par la production de CxcllO contrôlent l'infiltration des pDCs dans la peau lésée et par la formation de NETs, promeuvent l'activation des pDCs. Notre étude fournit donc de nouvelles informations sur les mécanismes de guérison de la peau et ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques quant à la réparation tissulaire de la peau soit dans le but de l'amplifier ou de l'inhiber. -- The mechanisms that regulate healing of the injured skin are not well understood. We have previously shown that plasmacytoid dendritic cells (pDCs) are normally absent from the healthy skin, but rapidly infiltrate both murine and human skin upon injury. Upon skin infiltration, pDCs sense nucleic acids via TLR7/TLR9 and are activated to produce type I interferon (IFN), a process that is crucial for re-epithelialisation of skin wounds. However, the mechanisms that drive pDCs recruitment and activation in injured skin remain unclear. We show that CxcllO is responsible for pDCs infiltration. Importantly, we demonstrate that skin infiltrating neutrophils are the major source of this chemokine. Neutrophils depletion completely abrogated pDCs recruitment confirming that CxcllO- driven pDCs recruitment is controlled by neutrophils. Interestingly, CxcllO was also found to form complexes with DNA and to activate pDCs to produce Type I IFN in addition to its chemotactic activity. Moreover, we observed that infiltrating neutrophils release Neutrophils Extracellular Traps (NETs) composed of DNA filaments decorated with neutrophils-derived proteins. Strikingly, blocking NETosis or using mice deficient for NETs production impaired pDCs recruitment and activation as well as the subsequent inflammatory response and the re-epithelialisation process. Altogether, these data demonstrate that upon skin injury, neutrophils control pDCs infiltration into the injured skin by the release of CxcllO and via the production of NETs, they allow complex formation between CxcllO and NET-DNA leading to pDCs activation. Our findings provide new insights into the mechanisms of wound healing and open new avenues for potential therapeutic interventions to boost or inhibit wound repair in the skin.

Immunology taught by lung dendritic cells.

Dendritic cells (DCs) are leukocytes specialised in the uptake, processing, and presentation of antigen and fundamental in regulating both innate and adaptive immune functions. They are mainly localised at the interface between body surfaces and the environment, continuously scrutinising incoming antigen for the potential threat it may represent to the organism. In the respiratory tract, DCs constitute a tightly enmeshed network, with the most prominent populations localised in the epithelium of the conducting airways and lung parenchyma. Their unique localisation enables them to continuously assess inhaled antigen, either inducing tolerance to inoffensive substances, or initiating immunity against a potentially harmful pathogen. This immunological homeostasis requires stringent control mechanisms to protect the vital and fragile gaseous exchange barrier from unrestrained and damaging inflammation, or an exaggerated immune response to an innocuous allergen, such as in allergic asthma. During DC activation, there is upregulation of co-stimulatory molecules and maturation markers, enabling DC to activate naïve T cells. This activation is accompanied by chemokine and cytokine release that not only serves to amplify innate immune response, but also determines the type of effector T cell population generated. An increasing body of recent literature provides evidence that different DC subpopulations, such as myeloid DC (mDC) and plasmacytoid DC (pDC) in the lungs occupy a key position at the crossroads between tolerance and immunity. This review aims to provide the clinician and researcher with a summary of the latest insights into DC-mediated pulmonary immune regulation and its relevance for developing novel therapeutic strategies for various disease conditions such as infection, asthma, COPD, and fibrotic lung disease.

Monocyte differentiation toward regulatory dendritic cells is not affected by respiratory syncytial virus-induced inflammatory mediators.

Airway epithelial cells were shown to drive the differentiation of monocytes into dendritic cells (DCs) with a suppressive phenotype. In this study, we investigated the impact of virus-induced inflammatory mediator production on the development of DCs. Monocyte differentiation into functional DCs, as reflected by the expression of CD11c, CD123, BDCA-4, and DC-SIGN and the capacity to activate T cells, was similar for respiratory syncytial virus (RSV)-infected and mock-infected BEAS-2B and A549 cells. RSV-conditioned culture media resulted in a partially mature DC phenotype, but failed to up-regulate CD80, CD83, CD86, and CCR7, and failed to release proinflammatory mediators upon Toll-like receptor (TLR) triggering. Nevertheless, these DCs were able to maintain an antiviral response by the release of Type I IFN. Collectively, these data indicate that the airway epithelium maintains an important suppressive DC phenotype under the inflammatory conditions induced by infection with RSV.

Alveolar macrophages and lung dendritic cells sense RNA and drive mucosal IgA responses.

The mechanisms regulating systemic and mucosal IgA responses in the respiratory tract are incompletely understood. Using virus-like particles loaded with single-stranded RNA as a ligand for TLR7, we found that systemic vs mucosal IgA responses in mice were differently regulated. Systemic IgA responses following s.c. immunization were T cell independent and did not require TACI or TGFbeta, whereas mucosal IgA production was dependent on Th cells, TACI, and TGFbeta. Strikingly, both responses required TLR7 signaling, but systemic IgA depended upon TLR7 signaling directly to B cells whereas mucosal IgA required TLR7 signaling to lung dendritic cells and alveolar macrophages. Our data show that IgA switching is controlled differently according to the cell type receiving TLR signals. This knowledge should facilitate the development of IgA-inducing vaccines.

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.

Innate Immune Sensing of Fusarium culmorum by Mouse Dendritic Cells.

Chronic inhalation of grain dust is associated with asthma and chronic bronchitis in grain worker populations. Exposure to fungal particles was postulated to be an important etiologic agent of these pathologies. Fusarium species frequently colonize grain and straw and produce a wide array of mycotoxins that impact human health, necessitating an evaluation of risk exposure by inhalation of Fusarium and its consequences on immune responses. Data showed that Fusarium culmorum is a frequent constituent of aerosols sampled during wheat harvesting in the Vaud region of Switzerland. The aim of this study was to examine cytokine/chemokine responses and innate immune sensing of F. culmorum in bone-marrow-derived dendritic cells and macrophages. Overall, dendritic cells and macrophages responded to F. culmorum spores but not to its secreted components (i.e., mycotoxins) by releasing large amounts of macrophage inflammatory protein (MIP)-1α, MIP-1β, MIP-2, monocyte chemoattractant protein (MCP)-1, RANTES, and interleukin (IL)-12p40, intermediate amounts of tumor necrosis factor (TNF), IL-6, IL-12p70, IL-33, granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), and interferon gamma-induced protein (IP-10), but no detectable amounts of IL-4 and IL-10, a pattern of mediators compatible with generation of Th1 or Th17 antifungal protective immune responses rather than with Th2-dependent allergic responses. The sensing of F. culmorum spores by dendritic cells required dectin-1, the main pattern recognition receptor involved in β-glucans detection, but likely not MyD88 and TRIF-dependent Toll-like receptors. Taken together, our results indicate that F. culmorum stimulates potently innate immune cells in a dectin-1-dependent manner, suggesting that inhalation of F. culmorum from grain dust may promote immune-related airway diseases in exposed worker populations.

T Cell Priming by Activated Nlrc5-Deficient Dendritic Cells Is Unaffected despite Partially Reduced MHC Class I Levels.

NLRC5, a member of the NOD-like receptor (NLR) protein family, has recently been characterized as the master transcriptional regulator of MHCI molecules in lymphocytes, in which it is highly expressed. However, its role in activated dendritic cells (DCs), which are instrumental to initiate T cell responses, remained elusive. We show in this study that, following stimulation of DCs with inflammatory stimuli, not only did NLRC5 level increase, but also its importance in directing MHCI transcription. Despite markedly reduced mRNA and intracellular H2-K levels, we unexpectedly observed nearly normal H2-K surface display in Nlrc5(-/-) DCs. Importantly, this discrepancy between a strong intracellular and a mild surface defect in H2-K levels was observed also in DCs with H2-K transcription defects independent of Nlrc5. Hence, alongside with demonstrating the importance of NLRC5 in MHCI transcription in activated DCs, we uncover a general mechanism counteracting low MHCI surface expression. In agreement with the decreased amount of neosynthesized MHCI, Nlrc5(-/-) DCs exhibited a defective capacity to display endogenous Ags. However, neither T cell priming by endogenous Ags nor cross-priming ability was substantially affected in activated Nlrc5(-/-) DCs. Altogether, these data show that Nlrc5 deficiency, despite significantly affecting MHCI transcription and Ag display, is not sufficient to hinder T cell activation, underlining the robustness of the T cell priming process by activated DCs.

Targeting of secretory IgA to Peyer's patch dendritic and T cells after transport by intestinal M cells.

In addition to being instrumental to the protection of mucosal epithelia, secretory IgA (SIgA) adheres to and is transported by intestinal Peyer's patch (PP) M cells. The possible functional reason for this transport is unknown. We have thus examined in mice the outcome of SIgA delivered from the intestinal lumen to the cells present in the underlying organized mucosa-associated lymphoreticular tissue. We show selective association of SIgA with dendritic cells and CD4(+) T and B lymphocytes recovered from PP in vitro. In vivo, exogenously delivered SIgA is able to enter into multiple PP lining the intestine. In PP, SIgA associates with and is internalized by dendritic cells in the subepithelial dome region, whereas the interaction with CD4(+) T cells is limited to surface binding. Interaction between cells and SIgA is mediated by the IgA moiety and occurs for polymeric and monomeric molecular forms. Thus, although immune exclusion represents the main function of SIgA, transport of the Ab by M cells might promote Ag sampling under neutralizing conditions essential to the homeostasis of mucosal surfaces.

Potential approaches for more successful dendritic cell-based immunotherapy.

INTRODUCTION: Dendritic cells (DCs) are the most important antigen-presenting cell population for activating antitumor T-cell responses; therefore, they offer a unique opportunity for specific targeting of tumors. AREAS COVERED: We will discuss the critical factors for the enhancement of DC vaccine efficacy: different DC subsets, types of in vitro DC manufacturing protocol, types of tumor antigen to be loaded and finally different adjuvants for activating them. We will cover potential combinatorial strategies with immunomodulatory therapies: depleting T-regulatory (Treg) cells, blocking VEGF and blocking inhibitory signals. Furthermore, recommendations to incorporate these criteria into DC-based tumor immunotherapy will be suggested. EXPERT OPINION: Monocyte-derived DCs are the most widely used DC subset in the clinic, whereas Langerhans cells and plasmacytoid DCs are two emerging DC subsets that are highly effective in eliciting cytotoxic T lymphocyte responses. Depending on the type of tumor antigens selected for loading DCs, it is important to optimize a protocol that will generate highly potent DCs. The future aim of DC-based immunotherapy is to combine it with one or more immunomodulatory therapies, for example, Treg cell depletion, VEGF blockage and T-cell checkpoint blockage, to elicit the most optimal antitumor immunity to induce long-term remission or even cure cancer patients.

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.

Trapping of naive lymphocytes triggers rapid growth and remodeling of the fibroblast network in reactive murine lymph nodes.

Adaptive immunity is initiated in T-cell zones of secondary lymphoid organs. These zones are organized in a rigid 3D network of fibroblastic reticular cells (FRCs) that are a rich cytokine source. In response to lymph-borne antigens, draining lymph nodes (LNs) expand several folds in size, but the fate and role of the FRC network during immune response is not fully understood. Here we show that T-cell responses are accompanied by the rapid activation and growth of FRCs, leading to an expanded but similarly organized network of T-zone FRCs that maintains its vital function for lymphocyte trafficking and survival. In addition, new FRC-rich environments were observed in the expanded medullary cords. FRCs are activated within hours after the onset of inflammation in the periphery. Surprisingly, FRC expansion depends mainly on trapping of naïve lymphocytes that is induced by both migratory and resident dendritic cells. Inflammatory signals are not required as homeostatic T-cell proliferation was sufficient to trigger FRC expansion. Activated lymphocytes are also dispensable for this process, but can enhance the later growth phase. Thus, this study documents the surprising plasticity as well as the complex regulation of FRC networks allowing the rapid LN hyperplasia that is critical for mounting efficient adaptive immunity.

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.

Flagellin promotes myeloid differentiation factor 88-dependent development of Th2-type response.

Activation of dendritic cells (DC) by microbial products via Toll-like receptors (TLR) is instrumental in the induction of immunity. In particular, TLR signaling plays a major role in the instruction of Th1 responses. The development of Th2 responses has been proposed to be independent of the adapter molecule myeloid differentiation factor 88 (MyD88) involved in signal transduction by TLRs. In this study we show that flagellin, the bacterial stimulus for TLR5, drives MyD88-dependent Th2-type immunity in mice. Flagellin promotes the secretion of IL-4 and IL-13 by Ag-specific CD4(+) T cells as well as IgG1 responses. The Th2-biased responses are associated with the maturation of DCs, which are shown to express TLR5. Flagellin-mediated DC activation requires MyD88 and induces NF-kappaB-dependent transcription and the production of low levels of proinflammatory cytokines. In addition, the flagellin-specific response is characterized by the lack of secretion of the Th1-promoting cytokine IL-12 p70. In conclusion, this study suggests that flagellin and, more generally, TLR ligands can control Th2 responses in a MyD88-dependent manner.