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.

Tumor antigen-specific FOXP3+ CD4 T cells identified in human metastatic melanoma: peptide vaccination results in selective expansion of Th1-like counterparts.

We have previously shown that vaccination of HLA-A2 metastatic melanoma patients with the analogue Melan-A(26-35(A27L)) peptide emulsified in a mineral oil induces ex vivo detectable specific CD8 T cells. These are further enhanced when a TLR9 agonist is codelivered in the same vaccine formulation. Interestingly, the same peptide can be efficiently recognized by HLA-DQ6-restricted CD4 T cells. We used HLA-DQ6 multimers to assess the specific CD4 T-cell response in both healthy individuals and melanoma patients. We report that the majority of melanoma patients carry high frequencies of naturally circulating HLA-DQ6-restricted Melan-A-specific CD4 T cells, a high proportion of which express FOXP3 and proliferate poorly in response to the cognate peptide. Upon vaccination, the relative frequency of multimer+ CD4 T cells did not change significantly. In contrast, we found a marked shift to FOXP3-negative CD4 T cells, accompanied by robust CD4 T-cell proliferation upon in vitro stimulation with cognate peptide. A concomitant reduction in TCR diversity was also observed. This is the first report on direct ex vivo identification of antigen-specific FOXP3+ T cells by multimer labeling in cancer patients and on the direct assessment of the impact of peptide vaccination on immunoregulatory T cells.

Identification of MAGI1 as a tumor-suppressor protein induced by cyclooxygenase-2 inhibitors in colorectal cancer cells.

Cyclooxyganase-2 (COX-2), a rate-limiting enzyme in the prostaglandin synthesis pathway, is overexpressed in many cancers and contributes to cancer progression through tumor cell-autonomous and paracrine effects. Regular use of non-steroidal anti-inflammatory drugs or selective COX-2 inhibitors (COXIBs) reduces the risk of cancer development and progression, in particular of the colon. The COXIB celecoxib is approved for adjunct therapy in patients with Familial adenomatous polyposis at high risk for colorectal cancer (CRC) formation. Long-term use of COXIBs, however, is associated with potentially severe cardiovascular complications, which hampers their broader use as preventive anticancer agents. In an effort to better understand the tumor-suppressive mechanisms of COXIBs, we identified MAGUK with Inverted domain structure-1 (MAGI1), a scaffolding protein implicated in the stabilization of adherens junctions, as a gene upregulated by COXIB in CRC cells and acting as tumor suppressor. Overexpression of MAGI1 in CRC cell lines SW480 and HCT116 induced an epithelial-like morphology; stabilized E-cadherin and β-catenin localization at cell-cell junctions; enhanced actin stress fiber and focal adhesion formation; increased cell adhesion to matrix proteins and suppressed Wnt signaling, anchorage-independent growth, migration and invasion in vitro. Conversely, MAGI1 silencing decreased E-cadherin and β-catenin localization at cell-cell junctions; disrupted actin stress fiber and focal adhesion formation; and enhanced Wnt signaling, anchorage-independent growth, migration and invasion in vitro. MAGI1 overexpression suppressed SW480 and HCT116 subcutaneous primary tumor growth, attenuated primary tumor growth and spontaneous lung metastasis in an orthotopic model of CRC, and decreased the number and size of metastatic nodules in an experimental model of lung metastasis. Collectively, these results identify MAG1 as a COXIB-induced inhibitor of the Wnt/β-catenin signaling pathway, with tumor-suppressive and anti-metastatic activity in experimental colon cancer.

Antibody-conjugated MHC class I tetramers can target tumor cells for specific lysis by T lymphocytes.

To demonstrate that antibody-guided targeting of antigenic MHC class I-peptide tetramer on tumor cells can render them susceptible to lysis by relevant cytotoxic T lymphocytes (CTL), biotinylated HLA-A*0201/Flu matrix peptide complexes were tetramerized on streptavidin molecules previously coupled to Fab' fragments from monoclonal antibodies (mAb) specific for cell surface markers such as carcinoembryonic antigen (CEA), ErbB-2 or CD20. Flow cytometry analysis showed that coating of the HLA-A2-peptide complexes on the four HLA-A2-negative human cancer lines tested (including a CEA-positive colon carcinoma, an ErbB-2(+) breast carcinoma and two CD20(+) B lymphomas) was entirely dependent upon the specificity of the conjugated antibody fragments. More importantly, HLA-A2-restricted Flu matrix peptide-specific CTL were then found to lyse specifically and efficiently the MHC-coated target cells. These results open the way to the development of new immunotherapy strategies based on antibody targeting of MHC class I-peptide complexes.

Development of Ewing's sarcoma from primary bone marrow-derived mesenchymal progenitor cells.

Ewing's sarcoma is a member of Ewing's family tumors (EFTs) and the second most common solid bone and soft tissue malignancy of children and young adults. It is associated in 85% of cases with the t(11;22)(q24:q12) chromosomal translocation that generates fusion of the 5' segment of the EWS gene with the 3' segment of the ETS family gene FLI-1. The EWS-FLI-1 fusion protein behaves as an aberrant transcriptional activator and is believed to contribute to EFT development. However, EWS-FLI-1 induces growth arrest and apoptosis in normal fibroblasts, and primary cells that are permissive for its putative oncogenic properties have not been discovered, hampering basic understanding of EFT biology. Here, we show that EWS-FLI-1 alone can transform primary bone marrow-derived mesenchymal progenitor cells and generate tumors that display hallmarks of Ewing's sarcoma, including a small round cell phenotype, expression of EFT-associated markers, insulin like growth factor-I dependence, and induction or repression of numerous EWS-FLI-1 target genes. These observations provide the first identification of candidate primary cells from which EFTs originate and suggest that EWS-FLI-1 expression may constitute the initiating event in EFT pathogenesis.

Induction of circulating tumor-reactive CD8+ T cells after vaccination of melanoma patients with the gp100 209-2M peptide.

Patients with stage I-III melanoma were vaccinated with the modified HLA-A2-binding gp100(209-2M)-peptide after complete surgical resection of their primary lesion and sentinel node biopsy. Cytoplasmic interferon-gamma production by freshly thawed peripheral blood mononuclear cells (direct ex vivo analysis) or by peripheral blood mononuclear cells subjected to 1 cycle of in vitro sensitization with peptide, interleukin-2, and interleukin-15 was measured following restimulation with the modified and native gp100 peptides, and also A2gp100 melanoma cell lines. Peptide-reactive and tumor-reactive T cells were detected in 79% and 66% of selected patients, respectively. Patients could be classified into 3 groups according to their vaccine-elicited T-cell responses. One group of patients responded only to the modified peptide used for immunization, whereas another group of patients reacted to both the modified and native gp100 peptides, but not to naturally processed gp100 antigen on melanoma cells. In the third group of patients, circulating CD8 T cells recognized A2gp100 melanoma cell lines and also both the modified and native peptides. T cells with a low functional avidity, which were capable of lysing tumor cells only if tumor cells were first pulsed by the exogenous administration of native gp100(209-217) peptide were identified in most patients. These results indicate that vaccination with a modified gp100 peptide induced a heterogeneous group of gp100-specific T cells with a spectrum of functional avidities; however, high avidity, tumor-reactive T cells were detected in the majority of patients.

TWEAK-FN14 signaling induces lysosomal degradation of a cIAP1-TRAF2 complex to sensitize tumor cells to TNFalpha.

Synthetic inhibitor of apoptosis (IAP) antagonists induce degradation of IAP proteins such as cellular IAP1 (cIAP1), activate nuclear factor kappaB (NF-kappaB) signaling, and sensitize cells to tumor necrosis factor alpha (TNFalpha). The physiological relevance of these discoveries to cIAP1 function remains undetermined. We show that upon ligand binding, the TNF superfamily receptor FN14 recruits a cIAP1-Tnf receptor-associated factor 2 (TRAF2) complex. Unlike IAP antagonists that cause rapid proteasomal degradation of cIAP1, signaling by FN14 promotes the lysosomal degradation of cIAP1-TRAF2 in a cIAP1-dependent manner. TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK)/FN14 signaling nevertheless promotes the same noncanonical NF-kappaB signaling elicited by IAP antagonists and, in sensitive cells, the same autocrine TNFalpha-induced death occurs. TWEAK-induced loss of the cIAP1-TRAF2 complex sensitizes immortalized and minimally passaged tumor cells to TNFalpha-induced death, whereas primary cells remain resistant. Conversely, cIAP1-TRAF2 complex overexpression limits FN14 signaling and protects tumor cells from TWEAK-induced TNFalpha sensitization. Lysosomal degradation of cIAP1-TRAF2 by TWEAK/FN14 therefore critically alters the balance of life/death signals emanating from TNF-R1 in immortalized cells.

Maturation of marginal zone and follicular B cells requires B cell activating factor of the tumor necrosis factor family and is independent of B cell maturation antigen.

B cells undergo a complex series of maturation and selection steps in the bone marrow and spleen during differentiation into mature immune effector cells. The tumor necrosis factor (TNF) family member B cell activating factor of the TNF family (BAFF) (BLyS/TALL-1) plays an important role in B cell homeostasis. BAFF and its close homologue a proliferation-inducing ligand (APRIL) have both been shown to interact with at least two receptors, B cell maturation antigen (BCMA) and transmembrane activator and cyclophilin ligand interactor (TACI), however their relative contribution in transducing BAFF signals in vivo remains unclear. To functionally inactivate both BAFF and APRIL, mice transgenic for a soluble form of TACI were generated. They display a developmental block of B cell maturation in the periphery, leading to a severe depletion of marginal zone and follicular B2 B cells, but not of peritoneal B1 B cells. In contrast, mice transgenic for a soluble form of BCMA, which binds APRIL, have no detectable B cell phenotype. This demonstrates a crucial role for BAFF in B cell maturation and strongly suggests that it signals via a BCMA-independent pathway and in an APRIL-dispensable way.

Unmodified self antigen triggers human CD8 T cells with stronger tumor reactivity than altered antigen

Human cancer vaccines are often prepared with altered "analog" or "heteroclitic" antigens that have been optimized for HLA class I binding, resulting in enhanced immunogenicity. Here, we take advantage of CpG oligodeoxynucleotides as powerful vaccine adjuvants and demonstrate the induction of high T cell frequencies in melanoma patients, despite the use of natural (unmodified) tumor antigenic peptide. Compared with vaccination with analog peptide, natural peptide induced T cell frequencies that were approximately twofold lower. However, T cells showed superior tumor reactivity because of (i) increased functional avidity for natural antigen and (ii) enhancement of T cell activation and effector function. Thus, novel vaccine formulations comprising potent immune stimulators may allow to circumvent the need for modified antigens and can induce highly functional T cells with precise antigen specificity

Characterization of tumor antigen specific CD8+ T cells and semi-invariant Vα24/Vβ11 NKT cells in tumor invaded liver

Summary: Detailed knowledge on tumor antigen expression and specific immune cells is required for a rational design of immunotherapy for patients with tumor invaded liver. In this study, we confirmed that Cancer/Testis (CT) tumor-associated antigens are frequently expressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and searched for the presence of CD8+ T cells specific for these antigens. In 2/10 HLA-A2+ patients with HCC, we found that MAGE-A10 and/or SSX-2 specific CD8+ T cells naturally responded to the disease, since they were enriched in tumor lesions but not in non-tumoral liver. Isolated T cells specifically and strongly killed tumor cells in vitro, suggesting that these CTL were selected in vivo for high avidity antigen recognition, providing the rational for specific immunotherapy of HCC, based on immunization with CT antigens such as MAGE-Al 0 and SSX-2. Type 1 NKT cells express an invariant TCR α chain (Vα24.1α18, paired with Vβ11 in human) and share a specific reactivity to αGalactosylceramide (αGC) presented by CD1d. These cells can display paradoxical immuno-regulatory properties including strong anti-tumor effects upon αGC administration in murine models. To understand why NKT cells were not sufficiently protective against tumor development in patients with tumor invaded liver, we characterized the diversity of Vα24/Vβ11 NKT cells in healthy donors (HD) and cancer patients: NKT cells from HD and patients were generally diverse in terms of TCR β chain (Vβ11) variability and NKT cells from HD showed a variable recognition of αGC loaded CD 1 d multimers. Vα24/ Vβ11 NKT cells can be divided in 3 populations, the CD4, DN (CD4-/CD8-) and CD8 NKT cell subsets that show distinct ability of cytokine production. In addition, our functional analysis revealed that DN and CD8 subsets displayed a higher cytolytic potential and a weaker IFNγ release than the CD4 NKT cell subset. NKT cell subsets were variably represented in the blood of HD and cancer patients. However, HD with high NKT cell frequencies displayed an enrichment of the DN and CD8 subsets, and few of them were suggestive of an oligoclonal expansion in vivo. Comparable NKT cell frequencies were found between blood, non-tumoral liver and tumor of patients. In contrast, we identified a gradual enrichment of CD4 NKT cells from blood to the liver and to the tumor, together with a decrease of DN and CD8 NKT cell subsets. Most patient derived NKT cells were unresponsive upon αGalactosylceramide stimulation ex vivo; NKT cells from few patients displayed a weak responsiveness with different cytokine polarization. The NKT cell repertoire was thus different in tumor tissue, suggesting that CD4 NKT cells infiltrating tumors may be detrimental for protection against tumors and instead may favour the tumor growth/recurrence as recently reported in mice. Résumé en français scientifique : Afin de développer le traitement des patients porteurs d'une tumeur dans le foie par immunothérapie, de nouvelles connaissances sont requises concernant l'expression d'antigènes par les tumeurs et les cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes. Nous avons vérifié que des antigènes associés aux tumeurs, tels que les antigènes « Cancer-Testis » (CT), sont fréquemment exprimés par le carcinome hepatocéllulaire (CHC). La recherche de lymphocytes T CD8+ spécifiques (CTL) de ces antigènes a révélé que des CTL spécifiques de MAGE-A10 et/ou SSX-2 ont répondu naturellement à la tumeur chez 2/10 patients étudiés. Ces cellules étaient présentes dans les lésions tumorales mais pas dans le foie adjacent. De plus, ces CTL ont démontré une activité cytolytique forte et spécifique contre les cellules tumorales in vitro, ce qui suggère que ces CTL ont été sélectionnés pour une haute avidité de reconnaissance de l'antigène in vivo. Ces données fournissent une base pour l'immunothérapie spécifique du CHC, en proposant de cibler les antigènes CT tels que MAGE-A10 ou SSX-2. Les cellules NKT de type 1 ont une chaîne α de TCR qui est invariante (chez l'homme, Vα24Jα18, apparié avec Vβ11) et reconnaissent spécifiquement l'αGalactosylceramide (αGC) présenté par CD1d. Ces cellules ont des propriétés immuno¬régulatrices qui peuvent être parfois contradictoires et leur activation par l'αGC induit une forte protection anti-tumorale chez la souris: Afin de comprendre pourquoi ces cellules ne sont pas assez protectrices contre le développement des tumeurs dans le foie chez l'homme, nous avons étudié la diversité des cellules NKT Vα24/Vβ11 d'individus sains (IS) et de patients cancéreux. Les cellules NKT peuvent être sous-divisées en 3 populations : Les CD4, DN (CD4- /CD8-) ou CDS, qui ont la capacité de produire des cytokines différentes. Nos analyses fonctionnelles ont aussi révélé que les sous-populations DN et CD8 ont un potentiel cytolytique plus élevé et une production d'IFNγ plus faible que la sous-population CD4. Ces sous-populations sont représentées de manière variable dans le sang des IS ou des patients. Cependant, les IS avec un taux élevé de cellules NKT ont un enrichissement des sous- populations DN ou CDS, et certains suggèrent qu'il s'agit d'une expansion oligo-clonale in vivo. Les patients avaient des fréquences comparables de cellules NKT entre le sang, le foie et la tumeur. Par contre, la sous-population CD4 était progressivement enrichie du sang vers le foie et la tumeur, tandis que les sous-populations DN ou CD8 était perdues. La plupart des cellules NKT des patients ne réagissaient pas lors de stimulation avec l'αGC ex vivo et les cellules NKT de quelques patients répondaient faiblement et avec des polarisations de cytokines différentes. Ces données suggèrent que les cellules NKT CD4, prédominantes dans les tumeurs, sont inefficaces pour la lutte anti-tumorale et pourraient même favoriser la croissance ou la récurrence tumorale. Donc, une mobilisation spécifique des cellules NKT CD4 négatives par immunothérapie pourrait favoriser l'immunité contre des tumeurs chez l'homme. Résumé en français pour un large public Au sein des globules blancs, les lymphocytes T expriment un récepteur (le TCR), qui est propre à chacun d'entre eux et leur permet d'accrocher de manière très spécifique une molécule appelée antigène. Ce TCR est employé par les lymphocytes pour inspecter les antigènes associés avec des molécules présentatrices à la surface des autres cellules. Les lymphocytes T CD8 reconnaissent un fragment de protéine (ou peptide), qui est présenté par une des molécules du Complexe Majeur d'Histocompatibilité de classe I et tuent la cellule qui présente ce peptide. Ils sont ainsi bien adaptés pour éliminer les cellules qui présentent un peptide issu d'un virus quand la cellule est infectée. D'autres cellules T CD8 reconnaissent des peptides comme les antigènes CT, qui sont produits anormalement par les cellules cancéreuses. Nous avons confirmé que les antigènes CT sont fréquemment exprimés par le cancer du foie. Nous avons également identifié des cellules T CD8 spécifiques d'antigènes CT dans la tumeur, mais pas dans le foie normal de 2 patients sur 10. Cela signifie que ces lymphocytes peuvent être naturellement activés contre la tumeur et sont capables de la trouver. De plus les lymphocytes issus d'un patient ont démontré une forte sensibilité pour reconnaître l'antigène et tuent spécifiquement les cellules tumorales. Les antigènes CT représentent donc des cibles intéressantes qui pourront être intégrés dans des vaccins thérapeutiques du cancer du foie. De cette manière, les cellules T CD8 du patient lui-même pourront être induites à détruire de manière spécifique les cellules cancéreuses. Un nouveau type de lymphocytes T a été récemment découvert: les lymphocytes NKT. Quand ils reconnaissent un glycolipide présenté par la molécule CD1d, ils sont capables, de manière encore incomprise, d'initier, d'augmenter, ou à l'inverse d'inhiber la défense immunitaire. Ces cellules NKT ont démontré qu'elles jouent un rôle important dans la défense contre les tumeurs et particulièrement dans le foie des souris. Nous avons étudié les cellules NKT de patients atteints d'une tumeur dans le foie, afin de comprendre pourquoi elles ne sont pas assez protectrice chez l'homme. Les lymphocytes NKT peuvent être sous-divisés en 3 populations: Les CD4, les DN (CD4-/CD8-) et les CD8. Ces 3 classes de NKT peuvent produire différents signaux chimiques appelés cytokines. Contrairement aux cellules NKT DN ou CDS, seules les cellules NKT CD4 sont capables de produire des cytokines qui sont défavorables pour la défense anti-tumorale. Par ailleurs nous avons trouvé que les cellules NKT CD4 tuent moins bien les cellules cancéreuses que les cellules NKT DN ou CD8. L'analyse des cellules NKT, fraîchement extraites du sang, du foie et de la tumeur de patients a révélé que les cellules NKT CD4 sont progressivement enrichies du sang vers le foie et la tumeur. La large prédominance des NKT CD4 à l'intérieur des tumeurs suggère que, chez l'homme, ces cellules sont inappropriées pour la lutte anti-tumorale. Par ailleurs, la plupart des cellules NKT de patients n'étaient pas capables de produire des cytokines après stimulation avec un antigène. Cela explique également pourquoi ces cellules ne protègent pas contre les tumeurs dans le foie.

Melan-A-specific cytotoxic T cells are associated with tumor regression and autoimmunity following treatment with anti-CTLA-4.

PURPOSE: Ipilimumab is a monoclonal antibody that blocks the immune-inhibitory interaction between CTL antigen 4 (CTLA-4) and its ligands on T cells. Clinical trials in cancer patients with ipilimumab have shown promising antitumor activity, particularly in patients with advanced melanoma. Often, tumor regressions in these patients are correlated with immune-related side effects such as dermatitis, enterocolitis, and hypophysitis. Although these reactions are believed to be immune-mediated, the antigenic targets for the cellular or humoral immune response are not known. EXPERIMENTAL DESIGN: We enrolled patients with advanced melanoma in a phase II study with ipilimumab. One of these patients experienced a complete remission of his tumor. The specificity and functional properties of CD8-positive T cells in his peripheral blood, in regressing tumor tissue, and at the site of an immune-mediated skin rash were investigated. RESULTS: Regressing tumor tissue was infiltrated with CD8-positive T cells, a high proportion of which were specific for Melan-A. The skin rash was similarly infiltrated with Melan-A-specific CD8-positive T cells, and a dramatic (>30-fold) increase in Melan-A-specific CD8-positive T cells was apparent in peripheral blood. These cells had an effector phenotype and lysed Melan-A-expressing tumor cells. CONCLUSIONS: Our results show that Melan-A may be a major target for both the autoimmune and antitumor reactions in patients treated with anti-CTLA-4, and describe for the first time the antigen specificity of CD8-positive T cells that mediate tumor rejection in a patient undergoing treatment with an anti-CTLA-4 antibody. These findings may allow a better integration of ipilimumab into other forms of immunotherapy.

Effector function of human tumor-specific CD8 T cells in melanoma lesions: a state of local functional tolerance.

Although tumor-specific CD8 T-cell responses often develop in cancer patients, they rarely result in tumor eradication. We aimed at studying directly the functional efficacy of tumor-specific CD8 T cells at the site of immune attack. Tumor lesions in lymphoid and nonlymphoid tissues (metastatic lymph nodes and soft tissue/visceral metastases, respectively) were collected from stage III/IV melanoma patients and investigated for the presence and function of CD8 T cells specific for the tumor differentiation antigen Melan-A/MART-1. Comparative analysis was conducted with peripheral blood T cells. We provide evidence that in vivo-priming selects, within the available naive Melan-A/MART-1-specific CD8 T-cell repertoire, cells with high T-cell receptor avidity that can efficiently kill melanoma cells in vitro. In vivo, primed Melan-A/MART-1-specific CD8 T cells accumulate at high frequency in both lymphoid and nonlymphoid tumor lesions. Unexpectedly, however, whereas primed Melan-A/MART-1-specific CD8 T cells that circulate in the blood display robust inflammatory and cytotoxic functions, those that reside in tumor lesions (particularly in metastatic lymph nodes) are functionally tolerant. We show that both the lymph node and the tumor environments blunt T-cell effector functions and offer a rationale for the failure of tumor-specific responses to effectively counter tumor progression.

Plasmacytoid dendritic cells and regulatory T cells in the tumor microenvironment: A dangerous liaison.

Tumor-infiltrating plasmacytoid dendritic cells (pDCs) have been associated with poor patient prognosis. We have recently uncovered the ability of pDCs to activate and expand a subset of tumor-infiltrating FOXP3(+) regulatory T cells that express inducible costimulator (ICOS), providing new insights into the mechanisms that govern the escape of cancer from immunosurveillance.

Reduced L-selectin (CD62LLow) expression identifies tumor-specific type 1 T cells from lymph nodes draining an autologous tumor cell vaccine.

Reduced expression of CD62L can identify tumor-specific T cells in lymph nodes draining murine tumors. Here, we examined whether this strategy could isolate tumor-specific T cells from vaccinated patients. Tumor vaccine-draining lymph node (TVDLN) T cells of seven patients were separated into populations with reduced (CD62LLow) or high levels of CD62L (CD62LHigh). Effector T cells generated from CD62LLow cells maintained or enriched the autologous tumor-specific type 1 cytokine response compared to unseparated TVDLN T cells in four of four patients showing tumor-specific cytokine secretion. Interestingly, effector T cells generated from CD62LLow or CD62LHigh TVDLN were polarized towards a dominant type 1 or type 2 cytokine profile, respectively. For CD62LLow T cells the type 1 cytokine profile appeared determined prior to culture. Since a tumor-specific type 1 cytokine profile appears critical for mediating anti-tumor activity in vivo, this approach might be used to isolate T cells for adoptive immunotherapy.