Crotamine toxicity and efficacy in mouse models of melanoma

Objectives: Selective anticancer cell activity for both cell-penetrating and cationic antimicrobial peptides has previously been reported. As crotamine possesses activities similar to both of these, this study investigates crotamine`s anticancer toxicity in vitro and in vivo. Research design and methods: In vitro cancer cell viability was evaluated after treatment with 1 and 5 mu g/ml of crotamine. In vivo crotamine cytotoxic effects in C57Bl/6J mice bearing B16-F10 primary cutaneous melanoma were tested, with two groups each containing 35 mice. The crotamine-treated group received 1 mu g/day of crotamine per animal, subcutaneously which was well tolerated; the untreated group received a placebo. Results: Crotamine at 5 mu g/ml was lethal to B16-F10, Mia PaCa-2 and SK-Mel-28 cells and inoffensive to normal cells. In vivo crotamine treatment over 21 days significantly delayed tumor implantation, inhibited tumor growth and prolonged the lifespan of the mice. Mice in the crotamine-treated group survived at significantly higher rates (n = 30/35) than those in the untreated group (n = 7/35) (significance calculated with the Kaplan-Meier estimator). The average tumor weight in the untreated group was 4.60 g but was only about 0.27 g in the crotamine-treated mice, if detectable. Conclusions: These data warrant further exploration of crotamine as a tumor inhibition compound.

Myosin Va phosphorylated on ser(1650) is found in nuclear speckles and redistributes to nucleoli upon inhibition of transcription

Nuclear actin and nuclear myosins have been implicated in the regulation of geneexpression in vertebrate cells. Myosin V is a class of actin-based motor proteins involved in cytoplasmic vesicle transport and anchorage, spindle-pole alignment and mRNA translocation. In this study, myosin-Va, phosphorylated on a conserved serine in the tail domain (phospho-ser(1650) MVa), was localized to subnuclear compartments. A monoclonal antibody, 9E6, raised against a peptide corresponding to phosphoserine(1650) and flanking regions of the murine myosin Va sequence, was immunoreactive to myosin Va heavy chain in cellular and nuclear extracts of HeLa cells, PC12 cells and B16-F10 melanocytes. Immunofluorescence microscopy with this antibody revealed discrete irregular spots within the nucleoplasm that colocalized with SC35, a splicing factor that earmarks nuclear speckles. Phospho-ser(1650) MVa was not detected in other nuclear compartments, such as condensed chromatin, Cajal bodies, gems and perinucleolar caps. Although nucleoli also were not labeled by 9E6 under normal conditions, inhibition of transcription in HeLa cells by actinomycin D caused the redistribution of phospho-ser(1650) MVa to nucleoli, as well as separating a fraction of phosphoser(1650) MVa from SC35 into near-neighboring particles. These observations indicate a novel role for myosin Va in nuclear compartmentalization and offer a new lead towards the understanding of actomyosin-based gene regulation.

Isolation and identification of the toxic peptides from Lophyrotoma zonalis (Pergidae) sawfly larvae

The broad-leaved paper bark tree Melaleuca quinquenervia (Cav) (Myrtaceae) was introduced into Florida (USA) early in this century it has proliferated to such an extent that urgent measures are now required to control it. The sawfly Lophyrotoma zonalis (Pergidae) has been introduced as a possible biological control agent due to its ability to defoliate M. quinquenervia. Because toxic D-amino acid- containing peptides have been isolated from some sawfly species, L. zonalis larvae were processed using the previously reported method for the recovery of these compounds. The toxins lophyrotomin (as the free C-terminal acid) and a mixture of pergidin and Val(4)-pergidin were isolated at 0.36 and 0.43% yield of the dried larvae, respectively. Both compounds when dosed intraperitoneally to C57/B16 male mice were hepatotoxic with lowest lethal doses of 8 and 32 mg/kg, respectively. The pathology of the liver was different for each compound, with the lophyrotomin free acid causing a periportal haemorrhagic necrosis and the pergidin causing a periacinar coagulative necrosis. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

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.

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.

Sustained activation and tumor targeting of NKT cells using a CD1d-anti-HER2-scFv fusion protein induce antitumor effects in mice

Invariant NKT (iNKT) cells are potent activators of DCs, NK cells, and T cells, and their antitumor activity has been well demonstrated. A single injection of the high-affinity CD1d ligand alpha-galactosylceramide (alphaGalCer) leads to short-lived iNKT cell activation followed, however, by long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrated here that when alphaGalCer was loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (alphaGalCer/sCD1d), repeated injections led to sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-gamma secretion as well as DC maturation in mice. Most importantly, when alphaGalCer/sCD1d was fused to a HER2-specific scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established s.c. tumors was obtained when systemic treatment was started 2-7 days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells. In contrast, administration of free alphaGalCer at this time had no effect. The antitumor activity of the CD1d-anti-HER2 fusion protein was associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK, and T cells at the tumor site. Targeting iNKT cells to the tumor site thus may activate a combined innate and adaptive immune response that may prove to be effective in cancer immunotherapy

iNKT/CD1d-antitumor immunotherapy significantly increases the efficacy of therapeutic CpG/peptide-based cancer vaccine.

BACKGROUND: Therapeutic cancer vaccines aim to boost the natural immunity against transformed cancer cells, and a series of adjuvants and co-stimulatory molecules have been proposed to enhance the immune response against weak self-antigens expressed on cancer cells. For instance, a peptide/CpG-based cancer vaccine has been evaluated in several clinical trials and was shown in pre-clinical studies to favor the expansion of effector T versus Tregs cells, resulting in a potent antitumor activity, as compared to other TLR ligands. Alternatively, the adjuvant activity of CD1d-restricted invariant NKT cells (iNKT) on the innate and adaptive immunity is well demonstrated, and several CD1d glycolipid ligands are under pre-clinical and clinical evaluation. Importantly, additive or even synergistic effects have been shown upon combined CD1d/NKT agonists and TLR ligands. The aim of the present study is to combine the activation and tumor targeting of activated iNKT, NK and T cells. METHODS: Activation and tumor targeting of iNKT cells via recombinant α-galactosylceramide (αGC)-loaded CD1d-anti-HER2 fusion protein (CD1d-antitumor) is combined or not with OVA peptide/CpG vaccine. Circulating and intratumoral NK and H-2Kb/OVA-specific CD8 responses are monitored, as well as the state of activation of dendritic cells (DC) with regard to activation markers and IL-12 secretion. The resulting antitumor therapy is tested against established tumor grafts of B16 melanoma cells expressing human HER2 and ovalbumin. RESULTS: The combined CD1d/iNKT antitumor therapy and CpG/peptide-based immunization leads to optimized expansion of NK and OVA-specific CD8 T cells (CTLs), likely resulting from the maturation of highly pro-inflammatory DCs as seen by a synergistic increase in serum IL-12. The enhanced innate and adaptive immune responses result in higher tumor inhibition that correlates with increased numbers of OVA-specific CTLs at the tumor site. Antibody-mediated depletion experiments further demonstrate that in this context, CTLs rather than NK cells are essential for the enhanced tumor inhibition. CONCLUSIONS: Altogether, our study in mice demonstrates that αGC/CD1d-antitumor fusion protein greatly increases the efficacy of a therapeutic CpG-based cancer vaccine, first as an adjuvant during T cell priming and second, as a therapeutic agent to redirect immune responses to the tumor site.

Enhancing efficacy of anticancer vaccines by targeted delivery to tumor-draining lymph nodes.

The sentinel or tumor-draining lymph node (tdLN) serves as a metastatic niche for many solid tumors and is altered via tumor-derived factors that support tumor progression and metastasis. tdLNs are often removed surgically, and therapeutic vaccines against tumor antigens are typically administered systemically or in non-tumor-associated sites. Although the tdLN is immune-suppressed, it is also antigen experienced through drainage of tumor-associated antigens (TAA), so we asked whether therapeutic vaccines targeting the tdLN would be more or less effective than those targeting the non-tdLN. Using LN-targeting nanoparticle (NP)-conjugate vaccines consisting of TAA-NP and CpG-NP, we compared delivery to the tdLN versus non-tdLN in two different cancer models, E.G7-OVA lymphoma (expressing the nonendogenous TAA ovalbumin) and B16-F10 melanoma. Surprisingly, despite the immune-suppressed state of the tdLN, tdLN-targeting vaccination induced substantially stronger cytotoxic CD8+ T-cell responses, both locally and systemically, than non-tdLN-targeting vaccination, leading to enhanced tumor regression and host survival. This improved tumor regression correlated with a shift in the tumor-infiltrating leukocyte repertoire toward a less suppressive and more immunogenic balance. Nanoparticle coupling of adjuvant and antigen was required for effective tdLN targeting, as nanoparticle coupling dramatically increased the delivery of antigen and adjuvant to LN-resident antigen-presenting cells, thereby increasing therapeutic efficacy. This work highlights the tdLN as a target for cancer immunotherapy and shows how its antigen-experienced but immune-suppressed state can be reprogrammed with a targeted vaccine yielding antitumor immunity.

Improved IL-2 immunotherapy by selective stimulation of IL-2 receptors on lymphocytes and endothelial cells.

IL-2 immunotherapy is an attractive treatment option for certain metastatic cancers. However, administration of IL-2 to patients can lead, by ill-defined mechanisms, to toxic adverse effects including severe pulmonary edema. Here, we show that IL-2-induced pulmonary edema is caused by direct interaction of IL-2 with functional IL-2 receptors (IL-2R) on lung endothelial cells in vivo. Treatment of mice with high-dose IL-2 led to efficient expansion of effector immune cells expressing high levels of IL-2Rbetagamma, including CD8(+) T cells and natural killer cells, which resulted in a considerable antitumor response against s.c. and pulmonary B16 melanoma nodules. However, high-dose IL-2 treatment also affected immune cell lineage marker-negative CD31(+) pulmonary endothelial cells via binding to functional alphabetagamma IL-2Rs, expressed at low to intermediate levels on these cells, thus causing pulmonary edema. Notably, IL-2-mediated pulmonary edema was abrogated by a blocking antibody to IL-2Ralpha (CD25), genetic disruption of CD25, or the use of IL-2Rbetagamma-directed IL-2/anti-IL-2 antibody complexes, thereby interfering with IL-2 binding to IL-2Ralphabetagamma(+) pulmonary endothelial cells. Moreover, IL-2/anti-IL-2 antibody complexes led to vigorous activation of IL-2Rbetagamma(+) effector immune cells, which generated a dramatic antitumor response. Thus, IL-2/anti-IL-2 antibody complexes might improve current strategies of IL-2-based tumor immunotherapy.

Rhizobia Isolated from Coal Mining Areas in the Nodulation and Growth of Leguminous Trees

ABSTRACT An alternative for recovery of areas degraded by coal mining is revegetation with rapidly growing leguminous trees, which often do not establish in low fertility soils. The objective of this study was to evaluate the efficiency of native rhizobia isolated from coal mining areas in the nodulation and growth of leguminous trees. We isolated 19 strains of rhizobia from a degraded soil near Criciúma, SC, Brazil, and evaluated the nodulation and growth-promoting capacity of the inoculated isolates for bracatinga (Mimosa scabrella), maricá (M. bimucronata) and angico-vermelho (Parapiptadenia rigida). Isolates UFSC-B2, B6, B8, B9, B11 and B16 were able to nodulate bracatinga, providing average increases of 165 % in shoot dry matter, with a significant contribution to N accumulation. Isolates UFSC-B5, B12, and M8 favored nodulation and growth of maricá, especially isolate UFSC-B12, which promoted increases of 370 % in N accumulation compared to treatment with N fertilizer. All strains were inefficient in promoting growth and N uptake by angico-vermelho. In conclusion, isolation and use of selected rhizobia for bracatinga and maricá plant inoculation can contribute to the growth and accumulation of N, with prospects for use in programs for revegetation of degraded soils in coal mining areas.

Blocking hypoxia-induced autophagy in tumors restores cytotoxic T-cell activity and promotes regression.

The relationship between hypoxic stress, autophagy, and specific cell-mediated cytotoxicity remains unknown. This study shows that hypoxia-induced resistance of lung tumor to cytolytic T lymphocyte (CTL)-mediated lysis is associated with autophagy induction in target cells. In turn, this correlates with STAT3 phosphorylation on tyrosine 705 residue (pSTAT3) and HIF-1α accumulation. Inhibition of autophagy by siRNA targeting of either beclin1 or Atg5 resulted in impairment of pSTAT3 and restoration of hypoxic tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis. Furthermore, inhibition of pSTAT3 in hypoxic Atg5 or beclin1-targeted tumor cells was found to be associated with the inhibition Src kinase (pSrc). Autophagy-induced pSTAT3 and pSrc regulation seemed to involve the ubiquitin proteasome system and p62/SQSTM1. In vivo experiments using B16-F10 melanoma tumor cells indicated that depletion of beclin1 resulted in an inhibition of B16-F10 tumor growth and increased tumor apoptosis. Moreover, in vivo inhibition of autophagy by hydroxychloroquine in B16-F10 tumor-bearing mice and mice vaccinated with tyrosinase-related protein-2 peptide dramatically increased tumor growth inhibition. Collectively, this study establishes a novel functional link between hypoxia-induced autophagy and the regulation of antigen-specific T-cell lysis and points to a major role of autophagy in the control of in vivo tumor growth.

Selective inhibition of JNK with a peptide inhibitor attenuates pain hypersensitivity and tumor growth in a mouse skin cancer pain model.

Cancer pain significantly affects the quality of cancer patients, and current treatments for this pain are limited. C-Jun N-terminal kinase (JNK) has been implicated in tumor growth and neuropathic pain sensitization. We investigated the role of JNK in cancer pain and tumor growth in a skin cancer pain model. Injection of luciferase-transfected B16-Fluc melanoma cells into a hindpaw of mouse induced robust tumor growth, as indicated by increase in paw volume and fluorescence intensity. Pain hypersensitivity in this model developed rapidly (<5 days) and reached a peak in 2 weeks, and was characterized by mechanical allodynia and heat hyperalgesia. Tumor growth was associated with JNK activation in tumor mass, dorsal root ganglion (DRG), and spinal cord and a peripheral neuropathy, such as loss of nerve fibers in the hindpaw skin and induction of ATF-3 expression in DRG neurons. Repeated systemic injections of D-JNKI-1 (6 mg/kg, i.p.), a selective and cell-permeable peptide inhibitor of JNK, produced an accumulative inhibition of mechanical allodynia and heat hyperalgesia. A bolus spinal injection of D-JNKI-1 also inhibited mechanical allodynia. Further, JNK inhibition suppressed tumor growth in vivo and melanoma cell proliferation in vitro. In contrast, repeated injections of morphine (5 mg/kg), a commonly used analgesic for terminal cancer, produced analgesic tolerance after 1 day and did not inhibit tumor growth. Our data reveal a marked peripheral neuropathy in this skin cancer model and important roles of the JNK pathway in cancer pain development and tumor growth. JNK inhibitors such as D-JNKI-1 may be used to treat cancer pain.

Optimising approaches to active immunotherapy of cancer

The design of therapeutic cancer vaccines is aimed at inducing high numbers and potent T cells that are able to target and eradicate malignant cells. This calls for close collaboration between cells of the innate immune system, in particular dendritic cells (DCs), and cells of the adaptive immune system, notably CD4+ helper T cells and CD8+ cytotoxic T cells. Therapeutic vaccines are aided by adjuvants, which can be, for example, Toll¬like Receptor agonists or agents promoting the cytosolic delivery of antigens, among others. Vaccination with long synthetic peptides (LSPs) is a promising strategy, as the requirement for their intracellular processing will mainly target LSPs to professional antigen presenting cells (APCs), hence avoiding the immune tolerance elicited by the presentation of antigens by non-professional APCs. The unique property of antigen cross-processing and cross-presentation activity by DCs plays an important role in eliciting antitumour immunity given that antigens from engulfed dead tumour cells require this distinct biological process to be processed and presented to CD8+T cells in the context of MHC class I molecules. DCs expressing the XCR1 chemokine receptor are characterised by their superior capability of antigen cross- presentation and priming of highly cytotoxic T lymphocyte (CTL) responses. Recently, XCR1 was found to be also expressed in tissue-residents DCs in humans, with a simitar transcriptional profile to that of cross- presenting murine DCs. This shed light into the value of harnessing this subtype of XCR1+ cross-presenting DCs for therapeutic vaccination of cancer. In this study, we explored ways of adjuvanting and optimising LSP therapeutic vaccinations by the use, in Part I, of the XCLl chemokine that selectively binds to the XCR1 receptor, as a mean to target antigen to the cross-presenting XCR1+ DCs; and in Part II, by the inclusion of Q.S21 in the LSP vaccine formulation, a saponin with adjuvant activity, as well as the ability to promote cytosolic delivery of LSP antigens due to its intrinsic cell membrane insertion activity. In Part I, we designed and produced XCLl-(OVA LSP)-Fc fusion proteins, and showed that their binding to XCR1+ DCs mediate their chemoattraction. In addition, therapeutic vaccinations adjuvanted with XCLl-(OVA LSP)-Fc fusion proteins significantly enhanced the OVA-specific CD8+ T cell response, and led to complete tumour regression in the EL4-OVA model, and significant control of tumour growth in the B16.0VA tumour model. With the aim to optimise the co-delivery of LSP antigen and XCLl to skin-draining lymph nodes we also tested immunisations using nanoparticle (NP)-conjugated OVA LSP in the presence or absence of XCLl chemokine. The NP-mediated delivery of LSP potentiated the CTL response seen in the blood of vaccinated mice, and NP-OVA LSP vaccine in the presence of XCLl led to higher blood frequencies of OVA-specific memory-precursor effector cells. Nevertheless, in these settings, the addition XCLl to NP-OVA LSP vaccine formulation did not increase its antitumour therapeutic effect. In the Part II, we assessed in HLA-A2/DR1 mice the immunogenicity of the Melan-AA27L LSP or the Melan-A26. 35 AA27l short synthetic peptide (SSP) used in conjunction with the saponin adjuvant QS21, aiming to identify a potent adjuvant formulation that elicits a quantitatively and qualitatively strong immune response to tumour antigens. We showed a high CTL immune response elicited by the use of Melan-A LSP or SSP with QS21, which both exerted similar killing capacity upon in vivo transfer of target cells expressing the Melan-A peptide in the context of HLA-A2 molecules. However, the response generated by the LSP immunisation comprised higher percentages of CD8+T cells of the central memory phenotype (CD44hl CD62L+ and CCR7+ CD62L+) than those of SSP immunisation, and most importantly, the strong LSP+QS21 response was strictly CD4+T cell-dependent, as shown upon CD4 T cell depletion. Altogether, these results suggest that both XCLl and QS21 may enhance the ability of LSP to prime CD8 specific T cell responses, and promote a long-term memory response. Therefore, these observations may have important implications for the design of protein or LSP-based cancer vaccines for specific immunotherapy of cancer -- Les vacans thérapeutiques contre le cancer visent à induire une forte et durable réponse immunitaire contre des cellules cancéreuses résiduelles. Cette réponse requiert la collaboration entre le système immunitaire inné, en particulier les cellules dendrites (DCs), et le système immunitaire adaptatif, en l'occurrence les lymphocytes TCD4 hdper et CD8 cytotoxiques. La mise au point d'adjuvants et de molécules mimant un agent pathogène tels les ligands TLRs ou d'autres agents facilitant l'internalisation d'antigènes, est essentielle pour casser la tolérance du système immunitaire contre les cellules cancéreuses afin de générer une réponse effectrice et mémoire contre la tumeur. L'utilisation de longs peptides synthétiques (LSPs) est une approche prometteuse du fait que leur présentation en tant qu'antigénes requiert leur internalisation et leur transformation par les cellules dendrites (DCs, qui sont les mieux à même d'éviter la tolérance immunitaire. Récemment une sous-population de DCs exprimant le récepteur XCR1 a été décrite comme ayant une capacité supérieure dans la cross-présentation d'antigènes, d'où un intérêt à développer des vaccins ciblant les DCs exprimant le XCR1. Durant ma thèse de doctorat, j'ai exploré différentes approches pour optimiser les vaccins avec LSPs. La première partie visait à cibler les XCR1-DCs à l'aide de la chemokine XCL1 spécifique du récepteur XCR1, soit sou s la forme de protéine de fusion XCL1-OVA LSP-Fc, soit associée à des nanoparticules. La deuxième partie a consisté à tester l'association des LSPs avec I adjuvant QS21 dérivant d'une saponine dans le but d'optimiser l'internalisation cytosolique des longs peptides. Les protéines de fusion XCLl-OVA-Fc développées dans la première partie de mon travail, ont démontré leur capacité de liaison spécifique sur les XCRl-DCs associée à leur capacité de chemo-attractio. Lorsque inclues dans une mmunisation de souris porteuse de tumeurs établies, ces protéines de fusion XCL1-0VA LSP-Fc et XCLl-Fc plus OVA LSP ont induites une forte réponse CDS OVA spécifique permettant la complète régression des tumeurs de modèle EL4- 0VA et un retard de croissance significatif de tumeurs de type B16-0VA. Dans le but d'optimiser le drainage des LSPs vers es noyaux lymphatiques, nous avons également testé les LSPs fixés de manière covalente à des nanoparticules co- injectees ou non avec la chemokine XCL1. Cette formulation a également permis une forte réponse CD8 accompagnée d'un effet thérapeutique significatif, mais l'addition de la chemokine XCL1 n'a pas ajouté d'effet anti-tumeur supplémentaire. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai comparé l'immunogénicité de l'antigène humain Melan A soit sous la forme d un LSP incluant un épitope CD4 et CD8 ou sous la forme d'un peptide ne contenant que l'épitope CD8 (SSP) Les peptides ont été formulés avec l'adjuvant QS21 et testés dans un modèle de souris transgéniques pour les MHC let II humains, respectivement le HLA-A2 et DR1. Les deux peptides LSP et SSP ont généré une forte réponse CD8 similaire assoc.ee a une capacité cytotoxique équivalente lors du transfert in vivo de cellules cibles présentant le peptide SSP' Cependant les souris immunisées avec le Melan A LSP présentaient un pourcentage plus élevé de CD8 ayant un Phénotype «centra, memory» (CD44h' CD62L+ and CCR7+ CD62L+) que les souris immunisées avec le SSP, même dix mois après I'immunisation. Par ailleurs, la réponse CD8 au Melan A LSP était strictement dépendante des lymphocytes CD4, contrairement à l'immunisation par le Melan A SSP qui n'était pas affectée. Dans l'ensemble ces résultats suggèrent que la chemokine XCL1 et l'adjuvant QS21 améliorent la réponse CD8 à un long peptide synthétique, favorisant ainsi le développement d'une réponse anti-tumeur mémoire durable. Ces observations pourraient être utiles au développement de nouveau vaccins thérapeutiques contre les tumeurs.

CD8 engineered cytotoxic T cells reprogram melanoma tumor environment.

NlmCategory="UNASSIGNED">Cytotoxic T lymphocytes (CTL) from CD8β-deficient mice have powerful FasL-mediated cytotoxicity and IFNγ responses, but ablated Ca(2+) and NFAT signaling, which can be restored by transduction with CD8β. Upon infection with lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), these cells yielded GP33-specific CTL (CD8βR) that exhibited high FasL/Fas-mediated cytotoxicity, IFNγ CXCL9 and 10 chemokine responses. Transfer of these cells in B16-GP33 tumor bearing mice resulted in (i) massive T cell tumor infiltration, (ii) strong reduction of myeloid-derived suppressor cells (MDSCs), regulatory T cells (Treg) and IL-17-expressing T helper cells, (iii) maturation of tumor-associated antigen-presenting cells and (iv) production of endogenous, B16 melanoma-specific CTL that eradicated the tumor long after the transferred CD8βR CTL perished. Our study demonstrates that the synergistic combination of strong Fas/FasL mediated cytotoxicity, IFNγ and CXCL9 and 10 responses endows adoptively transferred CTL to reprogram the tumor environment and to thus enable the generation of endogenous, tumoricidal immunity.

Produtos naturais da ascídia Botrylloides giganteum, das esponjas Verongula gigantea, Ircinia felix, Cliona delitrix e do nudibrânquio Tambja eliora, da costa do Brasil

Two new marine metabolites, 3Z, 6Z, 9Z-dodecatrien-1-ol (1) from the ascidian Botrylloides giganteum and 4H-pyran-2ol acetate from the sponge Ircinia felix (4) are herein reported. The known bromotyrosine compounds, 2-(3,5-dibromo-4-methoxyphenyl)-N,N,N-dimethylethanammonium (2) and 2,6-dibromo-4-(2-(trimethylammonium)ethyl)phenol (3), have been isolated from the sponge Verongula gigantea. Serotonin (5) is reported for the first time from the sponge Cliona delitrix, and tambjamines A (15) and D (16) isolated as their respective salts from the nudibranch Tambja eliora. Only tambjamine D presented cytotoxicity against CEM (IC50 12.2 µg/mL) and HL60 (IC50 13.2 µg/mL) human leukemya cells, MCF-7 breast cancer cells (IC50 13.2 µg/mL), colon HCT-8 cancer cells (IC50 10.1 µg/mL) and murine melanoma B16 cancer cells (IC50 6.7 µg/mL).