Eradication of human hepatic and pulmonary melanoma metastases in SCID mice by antibody-interleukin 2 fusion proteins.

Antibody-cytokine fusion proteins combine the unique targeting ability of antibodies with the multifunctional activity of cytokines. Here, we demonstrate the therapeutic efficacy of such constructs for the treatment of hepatic and pulmonary metastases of different melanoma cell lines. Two antibody-interleukin 2 (IL-2) fusion proteins, ch225-IL2 and ch14.18-IL2, constructed by fusion of a synthetic sequence coding for human IL-2 to the carboxyl end of the Cgamma1 gene of the corresponding antibodies, were tested for their therapeutic efficacy against xenografted human melanoma in vivo. Tumor-specific fusion proteins completely inhibited the growth of hepatic and pulmonary metastases in C.B-17 scid/scid mice previously reconstituted with human lymphokine-activated killer cells, whereas treatment with combinations of the corresponding antibodies plus recombinant IL-2 only reduced the tumor load. Even when treatment with fusion proteins was delayed up to 8 days after inoculation of tumor cells, it still resulted in complete eradication of micrometastases that were established at that time point. Selection of tumor cell lines expressing or lacking the targeted antigen of the administered fusion protein proved the specificity of the observed antitumor effect. Biodistribution analysis demonstrated that the tumor-specific fusion protein accumulated not only in subcutaneous tumors but also in lungs and livers affected with micrometastases. Survival times of animals treated with the fusion protein were more than doubled as compared to those treated with the combination of the corresponding antibody plus IL-2. Our data demonstrate that an immunotherapeutic approach using cytokines targeted by antibodies to tumor sites has potent effects against disseminated human melanoma.

Eradication of established intracranial rat gliomas by transforming growth factor beta antisense gene therapy.

Like human gliomas, the rat 9L gliosarcoma secretes the immunosuppressive transforming growth factor beta (TGF-beta). Using the 9L model, we tested our hypothesis that genetic modification of glioma cells to block TGF-beta expression may enhance their immunogenicity and make them more suitable for active tumor immunotherapy. Subcutaneous immunizations of tumor-bearing animals with 9L cells genetically modified to inhibit TGF-beta expression with an antisense plasmid vector resulted in a significantly higher number of animals surviving for 12 weeks (11/11, 100%) compared to immunizations with control vector-modified 9L cells (2/15, 13%) or 9L cells transduced with an interleukin 2 retroviral vector (3/10, 30%) (P < 0.001 for both comparisons). Histologic evaluation of implantation sites 12 weeks after treatment revealed no evidence of residual tumor. In vitro tumor cytotoxicity assays with lymph node effector cells revealed a 3- to 4-fold increase in lytic activity for the animals immunized with TGF-beta antisense-modified tumor cells compared to immunizations with control vector or interleukin 2 gene-modified tumor cells. These results indicate that inhibition of TGF-beta expression significantly enhances tumor-cell immunogenicity and supports future clinical evaluation of TGF-beta antisense gene therapy for TGF-beta-expressing tumors.

Helicobacter pylori attachment to gastric cells induces cytoskeletal rearrangements and tyrosine phosphorylation of host cell proteins.

The consequences of Helicobacter pylori attachment to human gastric cells were examined by transmission electron microscopy and immunofluorescence microscopy. H. pylori attachment resulted in (i) effacement of microvilli at the site of attachment, (ii) cytoskeletal rearrangement directly beneath the bacterium, and (iii) cup/pedestal formation at the site of attachment. Double-immunofluorescence studies revealed that the cytoskeletal components actin, alpha-actinin, and talin are involved in the process. Immunoblot analysis showed that binding of H. pylori to AGS cells induced tyrosine phosphorylation of two host cell proteins of 145 and 105 kDa. These results indicate that attachment of H. pylori to gastric epithelial cells resembles that of enteropathogenic Escherichia coli. Coccoid H. pylori, which are thought to be terminally differentiated bacterial forms, are capable of binding and inducing cellular changes of the same sort as spiral H. pylori, including tyrosine phosphorylation of host proteins.

The GroES homolog of Helicobacter pylori confers protective immunity against mucosal infection in mice.

Helicobacter pylori is an important etiologic agent of gastroduodenal disease. In common with other organisms, H. pylori bacteria express heat shock proteins that share homologies with the GroES-GroEL class of proteins from Escherichia coli. We have assessed the heat shock proteins of H. pylori as potential protective antigens in a murine model of gastric Helicobacter infection. Orogastric immunization of mice with recombinant H. pylori GroES- and GroEL-like proteins protected 80% (n = 20) and 70% (n = 10) of animals, respectively, from a challenge dose of 10(4) Helicobacter felis bacteria (compared to control mice, P = 0.0042 and P = 0.0904, respectively). All mice (n = 19) that were immunized with a dual antigen preparation, consisting of H. pylori GroES-like protein and the B subunit of H. pylori urease, were protected against infection. This represented a level of protection equivalent to that provided by a sonicated Helicobacter extract (P = 0.955). Antibodies directed against the recombinant H. pylori antigens were predominantly of the IgG1 class, suggesting that a type 2 T-helper cell response was involved in protection. This work reports a protein belonging to the GroES class of heat shock proteins that was shown to induce protective immunity. In conclusion, GroES-like and urease B-subunit proteins have been identified as potential components of a future H. pylori subunit vaccine.

Habitat e genoma: possibili adattamenti di H. pylori allo stomaco umano

Helicobacter pylori è un batterio patogeno che infetta e abita lo stomaco umano. La sua diffusione è ubiquitaria nel mondo ed esso è responsabile di varie patologie, sia gastriche che extra-gastriche. Vista l’estrema ostilità del suo habitat, H. pylori necessita di specifici adattamenti che lo rendono unico nella sua capacità di tollerare l’estrema acidità dello stomaco umano, oltre ad evitare la risposta immunitaria dell’ospite. In questa tesi verranno adottati degli approcci bioinformatici per cercare di individuare quali possano essere gli adattamenti e le caratteristiche del genoma di questo batterio correlati con la sopravvivenza nell’ambiente gastrico e l’adattamento all’ospite umano.

Identification and characterization of periplasmic proteins implicated in the adaptation of Helicobacter pylori to the human gastric niche

Helicobacter pylori è un batterio Gram-negativo in grado di colonizzare la mucosa gastrica umana e persistere per l'intero arco della vita dell'ospite. E' associato a patologie gastrointestinali, quali gastrite cronica, ulcere gastriche e duodenali, adenocarcinomi e linfomi gastrici. Si tratta di uno dei patogeni più diffusi, presente in circa metà della popolazione mondiale, e il solo che si è adattato a vivere nell'ambiente ostile dello stomaco umano. Molteplici sono i fattori di virulenza che permettono al batterio la colonizzazione della nicchia gastrica e contribuiscono, anche attraverso l' induzione di una risposta infiammatoria, a profonde modificazioni dell' omeostasi gastrica. Queste ultime si associano, ad esempio, all'iperproduzione di fattori proinfiammatori, ad alterazioni sia della regolazione della secrezione acida gastrica sia del ciclo cellulare e della morte cellulare programmata (apoptosi) delle cellule epiteliali gastriche, a disordini nel metabolismo del ferro e a carenze di elementi essenziali. Studi sulla diversità genetica di H. pylori osservata in ceppi isolati da varie regioni del mondo, dimostrano che tale batterio ha avuto una coevoluzione col genere umano attraverso la storia, ed è verosimile che H. pylori sia stato un costituente del microbiota gastrico per almeno 50.000 anni. Scopo della tesi è stato quello di identificare e caratterizzare proteine importanti per la colonizzazione e l'adattamento di H. pylori alla nicchia gastrica. In particolare gli sforzi si sono concentrati su due proteine periplasmatiche, la prima coinvolta nella difesa antiossidante (l'enzima catalasi-like, HP0485), e la seconda nel trasporto di nutrienti presenti nell'ambiente dello stomaco all'interno della cellula (la componente solubile di un ABC transporter, HP0298). La strategia utilizzata prevede un'analisi bioinformatica preliminare, l'ottenimento del gene per amplificazione, mediante PCR, dal genoma dell'organismo, la costruzione di un vettore per il clonaggio, l'espressione eterologa in E. coli e la successiva purificazione. La proteina così ottenuta viene caratterizzata mediante diverse tecniche, quali spettroscopia UV, dicroismo circolare, gel filtrazione analitica, spettrometria di massa. Il capitolo 1 contiene un'introduzione generale sul batterio, il capitolo 2 e il capitolo 3 descrivono gli studi relativi alle due proteine e sono entrambi suddivisi in un abstract iniziale, un'introduzione, la presentazione dei risultati, la discussione di questi ultimi, i materiali e i metodi utilizzati. La catalasi-like (HP0485) è una proteina periplasmatica con struttura monomerica, appartenente ad una famiglia di enzimi a funzione per la maggior parte sconosciuta, ma evolutivamente correlati alla ben nota catalasi, attore fondamentale nella difesa di H. pylori, grazie alla sua azione specifica di rimozione dell'acqua ossigenata. HP0485, pur conservando il fold catalasico e il legame al cofattore eme, non può compiere la reazione di dismutazione dell'acqua ossigenata; possiede invece un'attività perossidasica ad ampio spettro, essendo in grado di accoppiare la riduzione del perossido di idrogeno all'ossidazione di diversi substrati. Come la catalasi, lavora ad alte concentrazioni di aqua ossigenata e non arriva a saturazione a concentrazioni molto elevate di questo substrato (200 mM); la velocità di reazione catalizzata rimane lineare anche a questi valori, aspetto che la differenzia dalle perossidasi che vengono in genere inattivate da concentrazioni di perossido di idrogeno superiori a 10-50 mM. Queste caratteristiche di versatilità e robustezza suggeriscono che la catalasi-like abbia un ruolo di scavenger dell'acqua ossigenata e probabilmente anche un'altra funzione connessa al suo secondo substrato, ossia l'ossidazione di composti nello spazio periplasmatico cellulare. Oltre alla caratterizzazione dell'attività è descritta anche la presenza di un ponte disolfuro, conservato nelle catalasi-like periplasmatiche, con un ruolo nell'assemblaggio dell'eme per ottenere un enzima attivo e funzionale. La proteina periplasmatica HP0298, componente di un sistema di trasporto ABC, è classificata come trasportatore di dipeptidi e appartiene a una famiglia di proteine in grado di legare diversi substrati, tra cui di- e oligopeptidi, nichel, eme, glutatione. Benchè tutte associate a trasportatori di membrana batterici, queste proteine presentano un dominio di legame al substrato che risulta essere conservato nei domini extracellulari di recettori specifici di mammifero e uomo. Un esempio sono i recettori ionotropici e metabotropici del sistema nervoso. Per caratterizzare questa proteina è stato messo a punto un protocollo di ligand-fishing accoppiato alla spettrometria di massa. La proteina purificata, avente un tag di istidine, è stata incubata con un estratto cellulare di H. pylori per poter interagire con il suo substrato specifico all'interno dell'ambiente naturale in cui avviene il legame. Il complesso proteina-ligando è stato poi purificato per cromatografia di affinità e analizzato mediante HPLC-MS. L'identificazione dei picchi differenziali tra campioni con la proteina e 5 campioni di controllo ha portato alla caratterizzazione di pentapeptidi particolarmente ricchi in aminoacidi idrofobici e con almeno un residuo carico negativamente. Considerando che H. pylori necessita di alcuni aminoacidi essenziali, per la maggior parte idrofobici, e che lo stomaco umano è particolarmente ricco di peptidi prodotti dalla digestione delle proteine introdotte con il cibo, il ruolo fisiologico di HP0298 potrebbe essere l'internalizzazione di peptidi, con caratteristiche specifiche di lunghezza e composizione, che sono naturalmente presenti nella nicchia gastrica.