Low dose gemcitabine-loaded lipid nanocapsules target monocytic myeloid-derived suppressor cells and potentiate cancer immunotherapy

International audience

Immune responses against major histocompatibility complex and interleukin-2 gene transfected K1735 murine melanoma: Potential vaccines for the immunotherapy of cancer

Tumor specific immunity is mediated by cytotoxic T lymphocytes (CTL) that recognize peptide antigen (Ag) in the context of major histocompatibility complex (MHC) class I molecules and by helper T (Th) lymphocytes that recognize peptide Ag in the context of MHC class II molecules. The purpose of this study is (1) to induce or augment the immunogenicity of nonimmunogenic or weakly immunogenic tumors by genetic modification of tumor cells, and (2) to use these genetically altered cells in cancer immunotherapy. To study this, I transfected a highly tumorigenic murine melanoma cell line (K1735) that did not express constitutively either MHC class I or II molecules with syngeneic cloned MHC class I and/or class II genes, and then determined the tumorigenicity of transfected cells in normal C3H mice. K1735 transfectants expressing either $\rm K\sp{k}$ or $\rm A\sp{k}$ molecules alone produced tumors in normal C3H mice, whereas most transfectants that expressed both molecules were rejected in normal C3H mice but produced tumors in nude mice. The rejection of K1735 transfectants expressing $\rm K\sp{k}$ and $\rm A\sp{k}$ Ag in normal C3H mice required both $\rm CD4\sp+$ and $\rm CD8\sp+$ T cells. Interestingly, the $\rm A\sp{k}$ requirement can be substituted by IL-2 because transfection of $\rm K\sp{k}$-positive/A$\sp{\rm k}$-negative K1735 cells with the IL-2 gene also resulted in abrogation of tumorigenicity in normal C3H mice but not in nude mice. In addition, 1735 $(\rm I\sp+II\sp+)$ transfected cells can function as antigen presenting cells (APC) since they could process and present native hen egg lysozyme (HEL) to HEL specific T cell hybridomas. Furthermore, the transplantation immunity induced by K1735 transfectants expressing both $\rm K\sp{k}$ and $\rm A\sp{k}$ molecules completely cross-protected mice against challenge with $\rm K\sp{k}$-positive transfectants but weakly protected them against challenge with parental K1735 cells or $\rm A\sp{k}$-positive transfectants. Finally, I demonstrated that MHC $(\rm I\sp+II\sp+)$ or $\rm K\sp{k}$-positive/IL-2-positive cells can function as anti-cancer vaccines since they can abrogate the growth of established tumors and metastasis.^ In summary, my results indicate that expression of either MHC class I or II molecule alone is insufficient to cause the rejection of K1735 melanoma in syngeneic hosts and that both molecules are necessary. In addition, my data suggest that the failure of $\rm K\sp{k}$-positive K1735 cells to induce a primary tumor-rejection response in normal C3H mice may be due to their inability to induce the helper arm of the anti-tumor immune response. Finally, the ability of MHC $(\rm I\sp+II\sp+)$ or $\rm K\sp{k}$-positive/IL-2-positive cells to prevent growth of established tumors or metastasis suggests that these cell lines can serve as potential vaccines for the immunotherapy of cancer. (Abstract shortened by UMI.) ^

Characterization of cancer/testis antigen MAGE-A11 for immunotherapy of prostate cancer

Les antigènes testiculaires du cancer sont des cibles idéales pour l’immunothérapie du cancer car ce sont des protéines immunogéniques dont l’expression est restreinte aux cellules germinales et au cancer. Le but de cette étude est d’évaluer le potentiel de MAGE-A11, un antigène testiculaire du cancer, comme cible pour développer un vaccin contre le cancer de la prostate. Pour ce faire, l’anticorps monoclonal 5C4 qui a la capacité de reconnaître la présence de MAGE-A11 dans les tissus fixés et inclus en paraffine a été produit. De plus, l’expression de MAGE-A11 a été analysée sur plusieurs lignées de cellules cancéreuses. Il a été démontré que MAGE-A11 est exprimé dans plusieurs types de cancers notamment dans le cancer du côlon et du cerveau. Finalement, nous avons identifié trois épitopes du CMH classe II HLA-DR1 dans la protéine MAGE-A11 confirmant ainsi l’immunogénicité de cet antigène et son potentiel comme cible pour l’immunothérapie du cancer.

Immune response to vaccination with DNA-hsp65 in a phase I clinical trial with head and neck cancer patients

DNA-hsp65, a DNA vaccine encoding the 65-kDa heat-shock protein of Mycobacterium leprae (Hsp65) is capable of inducing the reduction of established tumors in mouse models. We conducted a phase I clinical trial of DNA-hsp65 in patients with advanced head and neck carcinoma. In this article, we report on the vaccine`s potential to induce immune responses to Hsp65 and to its human homologue, Hsp60, in these patients. Twenty-one patients with unresectable squamous cell carcinoma of the head and neck received three doses of 150, 400 or 600 mu g naked DNA-hsp65 plasmid by ultrasound-guided intratumoral injection. Vaccination did not increase levels of circulating anti-hsp65 IgG or IgM antibody, or lead to detectable Hsp65-specific cell proliferation or interferon-gamma (IFN-gamma) production by blood mononuclear cells. Frequency of antigen-induced IL-10-producing cells increased after vaccination in 4 of 13 patients analyzed. Five patients showed disease stability or regression following immunization; however, we were unable to detect significant differences between these patients and those with disease progression using these parameters. There was also no increase in antibody or IFN-gamma responses to human Hsp60 in these patients. Our results suggest that although DNA-hsp65 was able to induce some degree of immunostimulation with no evidence of pathological autoimmunity, we were unable to differentiate between patients with different clinical outcomes based on the parameters measured. Future studies should focus on characterizing more reliable correlations between immune response parameters and clinical outcome that may be used as predictors of vaccine success in immunosuppressed individuals. Cancer Gene Therapy (2009) 16, 598-608; doi:10.1038/cgt.2009.9; published online 6 February 2009

Identification of FAM46D as a novel cancer/testis antigen using EST data and serological analysis

Cancer/testis Antigens (CTAs) are immunogenic proteins with a restricted expression pattern in normal tissues and aberrant expression in different types of tumors being considered promising candidates for immunotherapy. We used the alignment between EST sequences and the human genome sequence to identify novel CT genes. By examining the EST tissue composition of known CT clusters we defined parameters for the selection of 1184 EST clusters corresponding to putative CT genes. The expression pattern of 70 CT gene candidates was evaluated by RT-PCR in 21 normal tissues, 17 tumor cell lines and 160 primary tumors. We were able to identify 4 CT genes expressed in different types of tumors. The presence of antibodies against the protein encoded by 1 of these 4 CT genes (FAM46D) was exclusively detected in plasma samples from cancer patients. Due to its restricted expression pattern and immunogenicity FAM46D represents a novel target for cancer immunotherapy. (c) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Optimization of production of anti-cancer vaccines based on dendritic cells

Cancer remains as one of the top killing diseases in first world countries. It’s not a single, but a set of various diseases for which different treatment approaches have been taken over the years. Cancer immunotherapy comes as a “new” breath on cancer treatment, taking use of the patients’ immune system to induce anti-cancer responses. Dendritic Cell (DC) vaccines use the extraordinary capacity of DCs’ antigen presentation so that specific T cell responses may be generated against cancer. In this work, we report the ex vivo generation of DCs from precursors isolated from clinical-grade cryopreserved umbilical cord blood (UCB) samples. After the thawing protocol for cryopreserved samples was optimized, the generation of DCs from CD14+ monocytes, i.e., moDCs, or CD34+ hematopoietic stem cells (HSCs), i.e, CD34-derived DCs, was followed and their phenotype and function evaluated. Functional testing included the ability to respond to maturation stimuli (including enzymatic removal of surface sialic acids), Ovalbumin-FITC endocytic capacity, cytokine secretion and T cell priming ability. In order to evaluate the feasibility of using DCs derived from UCB precursors to induce immune responses, they were compared to peripheral blood (PB) moDCs. We observed an increased endocytosis capacity after moDCs were differentiated from monocyte precursors, but almost 10-fold lower than that of PB moDCs. Maturation markers were absent, low levels of inflammatory cytokines were seen and T cell stimulatory capacity was reduced. Sialidase enzymatic treatment was able to mature these cells, diminishing endocytosis and promoting higher T cell stimulation. CD34-derived DCs showed higher capacity for both maturation and endocytic capacity than moDCs. Although much more information was acquired from moDCs than from CD34-derived DCs, we conclude the last as probably the best suited for generating an immune response against cancer, but of course much more research has to be performed.

Genetic polymorphisms of RANTES, IL1-A, MCP-1 and TNF-A genes in patients with prostate cancer

BACKGROUND Inflammation has been implicated as an etiological factor in several human cancers, including prostate cancer. Allelic variants of the genes involved in inflammatory pathways are logical candidates as genetic determinants of prostate cancer risk. The purpose of this study was to investigate whether single nucleotide polymorphisms of genes that lead to increased levels of pro-inflammatory cytokines and chemokines are associated with an increased prostate cancer risk. METHODS A case-control study design was used to test the association between prostate cancer risk and the polymorphisms TNF-A-308 A/G (rs 1800629), RANTES-403 G/A (rs 2107538), IL1-A-889 C/T (rs 1800587) and MCP-1 2518 G/A (rs 1024611) in 296 patients diagnosed with prostate cancer and in 311 healthy controls from the same area. RESULTS Diagnosis of prostate cancer was significantly associated with TNF-A GA + AA genotype (OR, 1.61; 95% CI, 1.09-2.64) and RANTES GA + AA genotype (OR, 1.44; 95% CI, 1.09-2.38). A alleles in TNF-A and RANTES influenced prostate cancer susceptibility and acted independently of each other in these subjects. No epistatic effect was found for the combination of different polymorphisms studied. Finally, no overall association was found between prostate cancer risk and IL1-A or MCP-1 polymorphisms. CONCLUSION Our results and previously published findings on genes associated with innate immunity support the hypothesis that polymorphisms in proinflammatory genes may be important in prostate cancer development.

Immuno-oncology of human prostate cancer : phenotypical characterization and study of the tumor-derived, androgen-regulated immunosuppressive microenvironment

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens et la troisième cause de décès relié au cancer. Lorsque diagnostiqué à un stade précoce de la maladie, le cancer de la prostate est traité de manière curative par chirurgie et radiothérapie. Par contre, les thérapies actuelles ne peuvent éradiquer la maladie lorsqu’elle progresse à des stades avancés. Ces thérapies, comme la chimiothérapie et l’hormonothérapie, demeurent donc palliatives. Il est primordial d’optimiser de nouvelles thérapies visant l’élimination des cellules cancéreuses chez les patients atteints des stades avancés de la maladie. Une de ces nouvelles options thérapeutiques est l’immunothérapie. L’immunothérapie du cancer a fait des progrès considérables durant les dernières années. Cependant, les avancements encourageants obtenus lors d’essais précliniques ne se sont pas encore traduits en des résultats cliniques significatifs. En ce qui concerne le cancer de la prostate, les résultats négligeables suivants des interventions immunothérapeutiques peuvent être causés par le fait que la plupart des études sur le microenvironnement immunologique furent effectuées chez des modèles animaux. De plus la majorité des études sur l’immunologie tumorale humaine furent effectuées chez des patients atteints d’autres cancers, tels que le mélanome, et non chez les patients atteints du cancer de la prostate. Donc, le but central de cette thèse de doctorat est d’étudier le microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate afin de mieux définir les impacts de la tumeur sur le développement de la réponse immunitaire antitumorale. Pour réaliser ce projet, nous avons établi deux principaux objectifs de travail : (i) la caractérisation précise des populations des cellules immunitaires infiltrant la tumeur primaire et les ganglions métastatiques chez les patients atteints du cancer de la prostate; (ii) l’identification et l’étude des mécanismes immunosuppressifs exprimés par les cellules cancéreuses de la prostate. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la progression du cancer de la prostate est associée au développement d’un microenvironnement immunosuppressif qui, en partie, est régulé par la présence des androgènes. L’étude initiale avait comme but la caractérisation du microenvironnement immunologique des ganglions drainant la tumeur chez des patients du cancer de la prostate. Les résultats présentés dans le chapitre III nous a permis de démontrer que les ganglions métastatiques comportent des signes cellulaires et histopathologiques associés à une faible réactivité immunologique. Cette immunosuppression ganglionnaire semble dépendre de la présence des cellules métastatiques puisque des différences immunologiques notables existent entre les ganglions non-métastatiques et métastatiques chez un même patient. La progression du cancer de la prostate semble donc associée au développement d’une immunosuppression affectant les ganglions drainant la tumeur primaire. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l’impact de la thérapie par déplétion des androgènes (TDA) sur le microenvironnement immunologique de la tumeur primaire. La TDA est associée à une augmentation marquée de l’inflammation prostatique. De plus, les protocoles d’immunothérapies pour le cancer de la prostate actuellement évalués en phase clinique sont dirigés aux patients hormonoréfractaires ayant subi et échoué la thérapie. Cependant, peu d’information existe sur la nature de l’infiltrat de cellules immunes chez les patients castrés. Il est donc essentiel de connaître la nature de cet infiltrat afin de savoir si celui-ci peut répondre de manière favorable à une intervention immunothérapeutique. Dans le chapitre IV, je présente les résultats sur l’abondance des cellules immunes infiltrant la tumeur primaire suivant la TDA. Chez les patients castrés, les densités de lymphocytes T CD3+ et CD8+ ainsi que des macrophages CD68+ sont plus importantes que chez les patients contrôles. Nous avons également observé une corrélation entre la densité de cellules NK et une diminution du risque de progression de la maladie (rechute biochimique). Inversement, une forte infiltration de macrophages est associée à un plus haut risque de progression. Conjointement, durant cette étude, nous avons développé une nouvelle approche informatisée permettant la standardisation de la quantification de l’infiltrat de cellules immunes dans les échantillons pathologiques. Cette approche facilitera la comparaison d’études indépendantes sur la densité de l’infiltrat immun. Ces résultats nous ont donc permis de confirmer que les effets pro-inflammatoires de la TDA chez les patients du cancer de la prostate ciblaient spécifiquement les lymphocytes T et les macrophages. L’hypothèse intéressante découlant de cette étude est que les androgènes pourraient réguler l’expression de mécanismes immunosuppressifs dans la tumeur primaire. Dans le chapitre V, nous avons donc étudié l’expression de mécanismes immunosuppressifs par les cellules cancéreuses du cancer de la prostate ainsi que leur régulation par les androgènes. Notre analyse démontre que les androgènes augmentent l’expression de molécules à propriétés immunosuppressives telles que l’arginase I et l’arginase II. Cette surexpression dépend de l’activité du récepteur aux androgènes. Chez les patients castrés, l’expression de l’arginase II était diminuée suggérant une régulation androgénique in vivo. Nous avons observé que l’arginase I et l’arginase II participent à la prolifération des cellules du cancer de la prostate ainsi qu’à leur potentiel immunosuppressif. Finalement, nous avons découvert que l’expression de l’interleukin-8 était aussi régulée par les androgènes. De plus, l’interleukin-8, indépendamment des androgènes, augmente l’expression de l’arginase II. Ces résultats confirment que les androgènes participent au développement d’une microenvironnement immunosuppressif dans le cancer de la prostate en régulant l’expression de l’arginase I, l’arginase II et l’interleukin-8. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse témoignent du caractère unique du microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate. Nos travaux ont également permis d’établir de nouvelles techniques basées sur des logiciels d’analyse d’image afin de mieux comprendre le dialogue entre la tumeur et le système immunitaire chez les patients. Approfondir les connaissances sur les mécanismes de régulation du microenvironnement immunologique chez les patients atteint du cancer de la prostate permettra d’optimiser des immunothérapies mieux adaptées à éradiquer cette maladie.

Caractérisation de DKK1 comme antigène tumoral et manipulation des lymphocytes T CD8 : utilisation de la voie de Wnt en immunothérapie du cancer

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie.

Immunomodulatory effects of low dose chemotherapy and perspectives of its combination with immunotherapy

Given that cancer is one of the main causes of death worldwide, many efforts have been directed toward discovering new treatments and approaches to cure or control this group of diseases. Chemotherapy is the main treatment for cancer; however, a conventional schedule based on maximum tolerated dose (MTD) shows several side effects and frequently allows the development of drug resistance. On the other side, low dose chemotherapy involves antiangiogenic and immunomodulatory processes that help host to fight against tumor cells, with lower grade of side effects. In this review, we present evidence that metronomic chemotherapy, based on the frequent administration of low or intermediate doses of chemotherapeutics, can be better than or as efficient as MTD. Finally, we present some data indicating that noncytotoxic concentrations of antineoplastic agents are able to both up-regulate the immune system and increase the susceptibility of tumor cells to cytotoxic T lymphocytes. Taken together, data from the literature provides us with sufficient evidence that low concentrations of selected chemotherapeutic agents, rather than conventional high doses, should be evaluated in combination with immunotherapy. Copyright © 2012 UICC.

Early clinical trial experience with vaccine therapies in non-small-cell lung cancer

Cancer immunotherapy has made great progress because of advances in immunology and molecular biology. Increased understanding of mechanisms by which lung cancer cells escape the immune system and recognition of key tumor antigens and immune system components involved in tumor ignorance have led to the development of a variety of lung cancer vaccines. Immunotherapy has advanced from using nonspecific immunomodulatory agents to lung cancer-specific tumor antigens and tumor cell-derived vaccines. While understanding of immune processes and malignancy has improved, there is great opportunity for further research of vaccine therapies in non-small-cell lung cancer. Herein, we review the development and evolution of early lung cancer vaccine trials.

HUMAN ENDOGENOUS RETROVIRUS K AS A NOVEL TUMOR-ASSOCIATED ANTIGEN FOR DEVELOPMENT OF AN OVARIAN CANCER VACCINE

HUMAN ENDOGENOUS RETROVIRUS K AS A NOVEL TUMOR-ASSOCIATED ANTIGEN FOR DEVELOPMENT OF AN OVARIAN CANCER VACCINE Publication No.________Kiera Rycaj, B.S.Supervisory Professor: Feng Wang-Johanning, Ph.D., M.D. Ovarian cancer (OC) is the fourth most common cancer in women, and the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Adequate screening methodologies are currently lacking and most women first present with either stage III or IV disease. To date, there has been no substantial decrease in death rates and the majorities of patients relapse and die from their disease despite response to first-line therapy. Several proteins, such as CA-125, are elevated in OC, but none has proven specific and sensitive enough to serve as a screening tool or for tumor cell recognition and lysis. It has been proposed that human endogenous retrovirus sequences (HERVs) may play a role in the etiology of certain cancers. In a previous study, we showed that HERV-K envelope (env) proteins are widely expressed in human invasive breast cancer (BC) and ductal carcinoma in situ (DCIS), and elicit both serologic and cell-mediated immune responses in BC patients. We also reported the expression of multiple HERV genes and proteins in OC cell lines and tissues. In this study, we strengthened our previous data by determining that HERV-K env mRNAs are expressed in 69% of primary OC tissues (n=29), but in only 24% of benign tissues (N=17). Immmunohistochemistry (IHC) staining revealed HERV-Kpositivecancer cells detected in endometrioid adenocarcinoma and serous adenocarcinoma but not in benign cyst or normal epithelium biopsies. Immunofluorescence staining (IFS) showed greater cell surface expression of HERV-K in OC samples compared to adjacent uninvolved samples. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) data confirmed that a humoral immune response is elicited against HERV-K in OC patients. T-cell responses against HERV-K in lymphocytes from OC patients stimulated with autologous HERV-K pulsed dendritic cells included induction of T-cell proliferation and IFN-γ production. HERV-K–specific cytolytic T cells induced greater specific lysis of OC target cells compared to benign and adjacent uninvolved target cells. Finally, upon T regulatory cell (T-reg) depletion, 64% of OC patients displayed an increase in the specific lysis of target cells expressing HERV-K env protein. These findings suggest that HERV-K env protein is a tumor-associated antigen capable of activating both T-cell and B-cell responses in OC patients, and has great potential in the development of immunotherapy regimens against OC.

Impaired Antigen Presentation and Effectiveness of Combined Active/Passive Immunotherapy for Epithelial Tumors

Background: Although immunization with tumor antigens can eliminate many transplantable tumors in animal models, immune effector mechanisms associated with successful immunotherapy of epithelial cancers remain undefined. Methods: Skin from transgenic mice expressing the cervical cancer-associated tumor antigen human papillornavirus type 16 (HPV16) E6 or E7 proteins from a keratin 14 promoter was grafted onto syngeneic, non-transgenic mice. Skin graft rejection was measured after active immunization with HPV16 E7 and adoptive transfer of antigen-specific T cells. Cytokine secretion of lymphocytes from mice receiving skin grafts and immunotherapy was detected by enzyme-linked immunosorbent assay, and HPV16 E7-specific memory CD8(+) T cells were detected by flow cytometry and ELISPOT. Results: Skin grafts containing HPV16 E6- or E7-expressing keratinocytes were not rejected spontaneously or following immunization with E7 protein and adjuvant. Adoptive transfer of E7-specific T-cell receptor transgenic CD8(+) T cells combined with immunization resulted in induction of antigen-specific interferon gamma-secreting CD8(+) T cells and rejection of HPV16 E7-expressing grafts. Specific memory CD8(+) T cells were generated by immunotherapy. However, a further HPV16 E7 graft was rejected from animals with memory T cells only after a second E7 immunization. Conclusions: Antigen-specific CD8(+) T cells can destroy epithelium expressing HPV16 E7 tumor antigen, but presentation of E7 antigen from skin is insufficient to reactivate memory CD8(+) T cells induced by immunotherapy. Thus, effective cancer immunotherapy in humans may need to invoke sufficient effector as well as memory T cells.

Immunotherapy for the treatment of poor prognosis cancers

Cancer is amongst the leading causes of death worldwide and the number one cause in the developed world. Every year there are close to 10 million cancer related deaths and this corresponds to hundreds of millions of euro in health care costs and lost productivity, placing a substantial drain on the economy. The efficacy of traditional treatment modalities for cancer therapy, such as surgery, radiotherapy and chemotherapy has plateaued, and while they are undoubtedly effective at prolonging patient lifespan, there is a high rate of adverse side effects and fatal reoccurrence. Currently, there is a huge amount of interest in the areas of cancer immunosurveillance and cancer immuno-editing, which explain some of the complex interactions between the host immune system and cancer. If left unchecked, cancerous malignancies have the ability to generate an immunosuppressive microenvironment, effectively shielding themselves from elimination and promoting tumour growth and progression. To overcome this, the potential of the immune system must be harnessed and the work undertaken in this thesis sought to contribute to this goal. Focus was placed on using novel therapies, combining tumour ablation with immune-modulating antibodies to maximise tumour elimination in an immune dependent manner, to overcome immunosuppression and promote immune activation. Chapter 2 focuses on the use of ECT as a method of tumour ablation and its effects on the immune system. ECT proved to be effective at inhibiting the tumour growth both in vitro and in vivo, and conferred significant survival advantages in both small and large animal models. More importantly, ECT proved to cause tumour death in an immune dependent manner, displaying the hallmarks of Immunogenic Cell Death, increases in immune cell infiltration and generating tumour-specific immune responses. Chapter 3 focuses on combining ECT with immune checkpoint blockade inhibitors; anti- CTLA-4 and anti-PD-1. Both combinations proved to be effective at inhibiting both primary and distal tumour growth, indicating the generation of tumour specific immune responses and prolonged animal survival. In addition, the treatments caused increases in the levels of certain intra-tumoural immune cell subsets and modulated the cytokine profile of treated animals in a way that was favourable overall. Chapter 4 focuses on the combining ECT with an anti-iCOS agonist antibody, capable of causing immune co-stimulation. This novel combinational therapy proved to be the most effective by far, with a high cure rate achieved across a number of different in vivo tumour models. Total regression was seen in both primary and distal tumours, as well as spontaneous metastases, with the tumour specific immune response generated conferring total protection to animals on tumour rechallenge. Overall the data presented here adds further insight into the area of cancer immunotherapy with some of the novel combinational therapies demonstrating substantial clinic potential.

DNA vaccination for prostate cancer: key concepts and considerations

While locally confined prostate cancer is associated with a low five year mortality rate, advanced or metastatic disease remains a major challenge for healthcare professionals to treat and is usually terminal. As such, there is a need for the development of new, efficacious therapies for prostate cancer. Immunotherapy represents a promising approach where the host's immune system is harnessed to mount an anti-tumour effect, and the licensing of the first prostate cancer specific immunotherapy in 2010 has opened the door for other immunotherapies to gain regulatory approval. Among these strategies DNA vaccines are an attractive option in terms of their ability to elicit a highly specific, potent and wide-sweeping immune response. Several DNA vaccines have been tested for prostate cancer and while they have demonstrated a good safety profile they have faced problems with low efficacy and immunogenicity compared to other immunotherapeutic approaches. This review focuses on the positive aspects of DNA vaccines for prostate cancer that have been assessed in preclinical and clinical trials thus far and examines the key considerations that must be employed to improve the efficacy and immunogenicity of these vaccines.