Changes to peptide structure, not concentration, contribute to expansion of the lowest avidity cytotoxic T lymphocytes

The efficient in vitro expansion of antigen-specific CD8(+) cytotoxic T lymphocytes (CTL) for use in adoptive immunotherapy represents an important clinical goal. Furthermore, the avidity of expanded CTL populations often correlates closely with clinical outcome. In our study, high-avidity CTL lines could be expanded ex vivo from an antigen-primed animal using low peptide concentration, and intermediate peptide concentrations favored the generation of lower avidity CTL. Further increases in peptide concentration during culture inhibited the expansion of all peptide-specific CD8(+) cells. In contrast, a single amino acid variant peptide efficiently generated functional CTL populations at high or low peptide concentration, which responded to wild-type epitope with the lowest average avidity seen in this study. We propose that for some peptides, the efficient generation of low-avidity CTL responses will be favored by stimulation with altered peptide rather than high concentrations of wild-type epitope. In addition, some variant peptides designed to have improved binding to major histocompatibility complex class I may reduce rather than enhance the functional avidity for the wild-type peptide of ex vivo-expanded CTL. These observations are relevant to in vitro expansion of CTL for immunotherapy and strategies to elicit regulatory or therapeutic immunity to neo-self-antigen when central tolerance has eliminated high-avidity, cognate T cells.

Analysis of the effect of different NKT cell subpopulations on the activation of CD4 and CD8 T cells, NK cells, and B cells

Objective. NKT cells have diverse immune regulatory functions including activation of cells involved in Th1- and Th2-type immune activities. Most previous studies have investigated the functions of NKT cells as a single family but more recent evidence indicates the distinct functional properties of NKT cell subpopulation. This study aims to determine whether NKT cell subpopulations have different stimulatory activities on other immune cells that may affect the outcome of NKT cell-based immunotherapy. Methods. NKT cells and NKT cell subpopulations (CD4(+)CD8(-), CD4(-)CD8(+), CD4(-)CD8(+)) were cocultured with PBMC and their activities on immune cells including CD4(+) and CD8(+) T cells, NK cells, and B cells were assessed by flow cytometry. The production of cytokines in culture was measured by enzyme-linked immunsorbent assay. Results. The CD4(+)CD8(-) NKT cells demonstrated substantially greater stimulatory activities on CD4(+) T cells, NK cells, and B cells than other NKT cell subsets. The CD4(-)CD8(+) NKT cells showed the greatest activity on CD8(+) T cells, and were the only NKT cell subset that activated these immune cells. The CD4(-)CD8(-) NKT cells showed moderate stimulatory activity on CD4(+) T cells and the least activity on other immune cells. Conclusion. The results here suggest that NKT cell subpopulations differ in their abilities to stimulate other immune cells. This highlights the potential importance of manipulating specific NKT cell subpopulations for particular therapeutic situations and of evaluating subpopulations, rather than NKT cells as a group, during investigation of a possible role of NKT cells in various disease settings. (c) 2006 International Society for Experimental Hematology. Published by Elsevier Inc.

Engineered T cell receptors and their potential in molecular medicine

T cell receptors are among the most specific biological structures found in nature and are therefore excellent candidates for the molecular targeting of antigen. It is becoming increasingly apparent that common sets of T cell receptors are frequently used in humans to combat pathogen and cancer derived threats. Given that many of these conserved T cell receptors have high affinity for their target ligands, there is potential to amass virtual banks of “off-the-shelf” receptors for use in a wide range of immunotherapeutic strategies. Additionally, such T cell receptors could become basic blueprints for artificial enhancement through mutagenesis, thereby creating an even better 3-dimensional fit for their cognate targets. Indeed, preliminary approaches using both “natural” and “supernatural” T cell receptors have shown promise in treating autoimmunity and malignancy. This review will discuss these studies and other approaches through which T cell receptors can be exploited in immunodiagnostics, pathogen control and gene therapy.

Involvement and interactions of different immune cells and their cytokines in human visceral leishmaniasis

Visceral leishmaniasis (VL) or kala-azar, a disseminated infection of the lymphoreticular system of the body, is marked by severe defect in immune system of the host. Successful cure of VL depends on the immune status of the host in combination with the effects of the antileishmanial drugs. The rationale approach towards eradication of this disease would be to potentiate the immune functioning of the host in addition to parasite killing. This review deals with different aspects of adaptive and innate immune responses and explores their role in protection or pathogenesis of VL. IL-10 has emerged as the principal cytokine responsible for disease pathogenesis, although evidences regarding its source during active VL remain inconclusive. On the other hand, IFNγ, under the influence of IL-12, is mostly correlated with healing of the disease. Chemokines are important in mounting cell-mediated immune response as they can prevent parasite invasion in association with cytokines. Different types of T cells like CD4, CD8 and NK T cells also contribute to the immunology of this disease. In spite of conflicting reports, the role of regulatory T cells in VL pathogenesis is important. Recently discovered Th17 subset and its different members have been reported to perform diverse functions in the course of VL and leishmaniasis as a whole. Innate immune responses, depending on the cell types, are essential in early parasite detection and subsequent development of an efficient NK cell response. Immunotherapy targeting IL-10 could be looked upon as an interesting option for the treatment of VL.

Assessing ageing of individual T lymphocytes: Mission impossible?

Effector T lymphocytes are the progeny of a limited number of antigen- specific precursor cells and it has been estimated that clonotypic human T cells may expand million fold on their way reaching high cell numbers that are sufficient for immune protection. Moreover, memory T cell responses are characterized by repetitive expansion of antigen-specific T cell clonotypes, and limitations in the proliferative capacity could lead to immune senescence. Because telomeres progressively shorten as a function of cell division, telomere length is a powerful indicator of the replicative in vivo history of human T lymphocytes. In this review, we summarize observations made over the last decade on telomere length dynamics of well-defined T cell populations derived from healthy donors and patients with infectious disease or cancer. We focus on T cell differentiation, T cell ageing, and natural and vaccine induced immune responses. We also discuss the scientific evidence for in vivo replicative senescence of antigen-specific T cells, and evaluate the available methods for measuring telomere lengths and telomerase activity, and their potential and limitations to increase our understanding of T cell physiology. (C) 2007 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Interferon-γ Induces Expression of MHC Class II on Intestinal Epithelial Cells and Protects Mice from Colitis

Immune responses against intestinal microbiota contribute to the pathogenesis of inflammatory bowel diseases (IBD) and involve CD4(+) T cells, which are activated by major histocompatibility complex class II (MHCII) molecules on antigen-presenting cells (APCs). However, it is largely unexplored how inflammation-induced MHCII expression by intestinal epithelial cells (IEC) affects CD4(+) T cell-mediated immunity or tolerance induction in vivo. Here, we investigated how epithelial MHCII expression is induced and how a deficiency in inducible epithelial MHCII expression alters susceptibility to colitis and the outcome of colon-specific immune responses. Colitis was induced in mice that lacked inducible expression of MHCII molecules on all nonhematopoietic cells, or specifically on IECs, by continuous infection with Helicobacter hepaticus and administration of interleukin (IL)-10 receptor-blocking antibodies (anti-IL10R mAb). To assess the role of interferon (IFN)-γ in inducing epithelial MHCII expression, the T cell adoptive transfer model of colitis was used. Abrogation of MHCII expression by nonhematopoietic cells or IECs induces colitis associated with increased colonic frequencies of innate immune cells and expression of proinflammatory cytokines. CD4(+) T-helper type (Th)1 cells - but not group 3 innate lymphoid cells (ILCs) or Th17 cells - are elevated, resulting in an unfavourably altered ratio between CD4(+) T cells and forkhead box P3 (FoxP3)(+) regulatory T (Treg) cells. IFN-γ produced mainly by CD4(+) T cells is required to upregulate MHCII expression by IECs. These results suggest that, in addition to its proinflammatory roles, IFN-γ exerts a critical anti-inflammatory function in the intestine which protects against colitis by inducing MHCII expression on IECs. This may explain the failure of anti-IFN-γ treatment to induce remission in IBD patients, despite the association of elevated IFN-γ and IBD.

Clinical proteomics : a focus on transformed human T and B lymphocytes

Résumé large public La protéomique clinique est une discipline qui vise l'étude des protéines dans un but diagnostique ou thérapeutique. Nous avons utilisé cette approche pour étudier les lymphocytes T «tueurs » ou cytotoxiques qui font partie des globules blancs du système sanguin et agissent dans la lutte contre les infections et les tumeurs. Ces cellules sont impliquées dans l'immunothérapie cellulaire qui se fonde sur la capacité naturelle des ces lymphocytes à repérer les cellules tumorales et à les détruire. L'introduction du gène de la télomérase dans les lymphocytes T résulte en une prolongation de leur longévité, ce qui en ferait des candidats intéressants pour l'immunothérapie cellulaire. Il subsiste cependant des doutes quant aux conséquences de l'utilisation de ces lymphocytes «immortalisés ». Pour répondre à cette question, nous avons comparé le profile protéique de lymphocytes T cytotoxiques «jeunes » et vieux » avec celui des lymphocytes «immortalisés ». Nous avons trouvé que ces derniers présentent une double face et partagent à la fois les caractéristiques de la jeunesse et de la vieillesse. Dans une seconde étude de protéomique clinique, nous nous sommes penchés sur les lymphocytes B «immortalisés » cette fois-ci non pas avec la télomérase, mais avec le virus d'Epstein-Barr. Ces derniers sont utilisés comme modèle dans l'étude de la leucodystrophie, une maladie génétique rare qui affecte le cerveau. Notre but est d'identifier des marqueurs biologiques potentiels qui pourraient aider le diagnostic et le traitement de cette maladie neurodégénérative. Nous avons pour ce faire comparé les profiles protéiques des lymphocytes B «immortalisés » provenant d'individus sains et malades. Malheureusement, notre analyse n'a pas révélé de différences notoires entre ces deux classes de lymphocytes. Ceci nous permet toutefois de conclure que la maladie n'affecte pas la synthèse des protéines de manière prépondérante dans ces cellules sanguines. En résumé, le travail présenté dans cette thèse montre à la fois le potentiel et les limites de l'analyse des protéines lymphocytaires, dans différentes situations biologiques. Résumé La protéomique clinique ouvre la porte vers de multiples horizons relatifs au traitement de diverses maladies. Ce domaine particulier alliant la protéomique à la médecine, implique l'intervention de la biologie moléculaire et cellulaire. Dans notre étude, nous nous sommes d'abord intéressés aux lymphocytes T CD8+ cytotoxiques dans le contexte de l'immunothérapie adoptive. Le fondement de cette thérapie repose sur la capacité naturelle de ces lymphocytes à reconnaître les cellules tumorales et à les détruire chez les patients atteints de cancer. L'introduction du gène de la transcriptase réverse de la télomérase (hTERT) dans les lymphocytes T humains permet de rallonger leur durée de vie, sans toutefois induire d'altérations liées à la transformation. Cependant, des incertitudes subsistent quant à la ressemblance physiologique et biochimique entre ces cellules surexprirnant la télomérase et les cellules normales. Afin de répondre à cette question, nous avons comparé l'expression des protéines de lymphocytes humains T CD8+ «jeunes » et «vieux »avec celle de lymphocytes transduits avec hTERT. Nous avons trouvé que les lymphocytes T surexprimant la télomérase ont un profile protéique intermédiaire, avec certaines expressions protéiques similaires aux jeunes cellules T et d'autres se rapprochant des cellules vieilles. Dans la seconde partie de notre étude, nous nous sommes intéressés aux lymphocytes B transformés avec le virus d'Epstein-Barr provenant de patients atteints d'une maladie génétique rare du cerveau, la leucodystrophie. Dans cette maladie, des mutations dans le facteur de transcription eIF2B, impliqué dans la synthèse protéique, ont été trouvées. Afin d'analyser les conséquences de ces mutations et de trouver des biomarqueurs spécifiques à cette maladie, nous avons effectué une analyse protéomique des lymphoblastes provenant de malades et d'individus sains. Nous avons trouvé que les mutations dans le complexe ubiquitaire eIF2B n'affectent pas de manière significative l'expression des protéines des lymphoblastes mutés. En conclusion, notre travail illustre le potentiel et les limitations des technologies protéomiques utilisées pour disséquer l'implication des protéines dans différentes situations biologiques. Summary Clinical proteomics opens the door to multiple applications related to the treatment of diseases. This particular field is at the crossroad of proteomics and medicine and involves tools from cellular and molecular biology. We focused first our investigations on cytotoxic T cells in the context of adoptive immunotherapy, which is an interesting and evolving field. The basis of this therapy relies on the natural capacity of cytotoxic CD8+ T lymphocytes in recognizing tumor cells and destroying them in cancer patients. As their number is reduced, the idea would be to use transformed T lymphocytes with extended life span. Overexpression of telomerase into human T lymphocytes results in the extension of their replicative life span, but it still remains unclear whether these cells are physiologically indistinguishable from normal ones. To address this question, we compared the proteome of young and aged CD8+ T lymphocytes with that of T cells transduced with hTERT and found that the latter cells displayed an intermediate protein pattern, sharing similar protein expression with young, but also with aged T cells. We were then interested in studying Epstein-Barr virus transformed B lymphocytes in the context of a rare human brain genetic disorder called leukodystrophy. In this disease, mutations in the ubiquitous factor eIF2B involved in protein synthesis and its regulation have been reported. In order to analyze the functional consequences of the mutations and to find out specific biomarkers of eIF2B-related disorders, proteomic and peptidomic studies were carried out on lymphoblasts from eIF2Bmutated patients versus healthy patients. Following two-dimensional gel electrophoresis and mass fingerprints, mutations in the eIF2B complex did not appear to significantly affect the proteome of the mutated lymphoblasts extracts. To conclude, our work emphasizes the potentials and the limitations of the proteomic technologies used to analyze the role of lymphocyte proteins in different biological situations.

Characterization of local and systemic immune-modulation in melanoma patients

Le mélanome cutané est un des cancers les plus agressifs et dont l'incidence augmente le plus en Suisse. Une fois métastatique, le pronostic de survie moyenne avec les thérapies actuelles est d'environ huit mois, avec moins de 5% de survie à cinq ans. Les récents progrès effectués dans la compréhension de la biologie de la cellule tumorale mais surtout dans l'importance du système immunitaire dans le contrôle de ce cancer ont permis le développement de nouveaux traitements novateurs et prometteurs. Ces thérapies, appelées immunothérapies, reposent sur la stimulation et l'augmentation de la réponse immunitaire à la tumeur. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré l'efficacité de ces traitements chez les patients avec des stades avancés de la maladie, le contrôle de la maladie à long- terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression locale et systémique de la réponse immunitaire spécifique anti-tumorale apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Des études sur les souris ont montré que les vaisseaux lymphatiques joueraient un rôle primordial dans ce processus en induisant une tolérance immune, ce qui permettrait à la tumeur d'échapper au contrôle du système immunitaire et métastatiser plus facilement. Ces excitantes découvertes n'ont pas encore été établi et prouvé chez l'homme. Dans cette thèse, nous montrons pour la première fois que les vaisseaux lymphatiques sont directement impliqués dans la modulation de la réponse immunitaire au niveau local et systémique dans le mélanome chez l'homme. Ces récentes découvertes montrent le potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec les immunothérapies actuellement utilisées afin d'améliorer le pronostic des patients atteint du mélanome. -- Cutaneous melanoma is one of the most invasive and metastatic human cancers and causes 75% of skin cancer mortality. Current therapies such as surgery and chemotherapy fail to control metastatic disease, and relapse occurs frequently due to microscopic residual lesions. It is, thus, essential to develop and optimize novel therapeutic strategies to improve curative responses in these patients. In recent decades, tumor immunologists have revealed the development of spontaneous adaptive immune responses in melanoma patients, leading to the accumulation of highly differentiated tumor-specific T cells at the tumor site. This remains one of the most powerful prognostic markers to date. Immunotherapies that augment the natural function of these tumor-specific T cells have since emerged as highly attractive therapeutic approaches to eliminate melanoma cells. While recent clinical trials have demonstrated great progress in the treatment of advanced stage melanoma, long-term disease control is still only achieved in a minority of patients. Local and systemic immune suppression by the tumor appears to be responsible, in part, for this poor clinical evolution. These facts underscore the need for a better analysis and characterization of immune- related pathways within the tumor microenvironment (TME), as well as at the systemic level. The overall goal of this thesis is, thus, to obtain greater insight into the complexity and heterogeneity of the TME in human melanoma, as well as to investigate immune modulation beyond the TME, which ultimately influences the immune system throughout the whole body. To achieve this, we established two main objectives: to precisely characterize local and systemic immune modulation (i) in untreated melanoma patients and (ii) in patients undergoing peptide vaccination or checkpoint blockade therapy with anti-cytotoxic T- lymphocyte-asisctaed protein-4 (CTLA-4) antibody. In the first and main part of this thesis, we analyzed lymphatic vessels in relation to anti-tumor immune responses in tissues from vaccinated patients using a combination of immunohistochemistry (IHC) techniques, whole slide scanning/analysis, and an automatic quantification system. Strikingly, we found that increased lymphatic vessel density was associated with high expression of immune suppressive molecules, low functionality of tumor-infiltrating CD8+ T cells and decreased cytokine production by tumor-antigen specific CD8+ T cells in the blood. These data revealed a previously unappreciated local and systemic role of lymphangiogenesis in modulating T cell responses in human cancer and support the use of therapies that target lymphatic vessels combined with existing and future T cell based therapies. In the second objective, we describe a metastatic melanoma patient who developed pulmonary sarcoid-like granulomatosis following repetitive vaccination with peptides and CpG. We demonstrated that the onset of this pulmonary autoimmune adverse event was related to the development of a strong and long-lasting tumor-specific CD8+ T cell response. This constitutes the first demonstration that a new generation tumor vaccine can induce the development of autoimmune adverse events. In the third objective, we assessed the use of Fourier Transform Infrared (FTIR) imaging to identify melanoma cells and lymphocyte subpopulations in lymph node (LN) metastasis tissues, thanks to a fruitful collaboration with researchers in Brussels. We demonstrated that the different cell types in metastatic LNs have different infrared spectral features allowing automated identification of these cells. This technic is therefore capable of distinguishing known and novel biological features in human tissues and has, therefore, significant potential as a tool for histopathological diagnosis and biomarker assessment. Finally, in the fourth objective, we investigated the role of colony- stimulating factor-1 (CSF-1) in modulating the anti-tumor response in ipilimumab-treated patients using IHC and in vitro co-cultures, revealing that melanoma cells produce CSF-1 via CTL-derived cytokines when attacked by cytotoxic T lymphocytes (CTLs), resulting in the recruitment of immunosuppressive monocytes. These findings support the combined use of CSF-1R blockade with T cell based immunotherapy for melanoma patients. Taken together, our results reveal the existence of novel mechanisms of immune modulation and thus promote the optimization of combination immunotherapies against melanoma. -- Le mélanome cutané est un des cancers humains les plus invasifs et métastatiques et est responsable de 75% de la mortalité liée aux cancers de la peau. Les thérapies comme la chirurgie et la chimiothérapie ont échoué à contrôler le mélanome métastatique, par ailleurs les rechutes sous ces traitements ont été montrées fréquentes. Il est donc essentiel de développer et d'optimiser de nouvelles stratégies thérapeutiques pour améliorer les réponses thérapeutiques de ces patients. Durant les dernières décennies, les immunologistes spécialisés dans les tumeurs ont démontré qu'un patient atteint du mélanome pouvait développer spontanément une réponse immune adaptative à sa tumeur et que l'accumulation de cellules T spécifiques tumorales au sein même de la tumeur était un des plus puissants facteurs pronostiques. Les immunothérapies qui ont pour but d'augmenter les fonctions naturelles de ces cellules T spécifiques tumorales ont donc émergé comme des approches thérapeutiques très attractives pour éliminer les cellules du mélanome. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré un progrès important dans le traitement des formes avancées du mélanome, le contrôle de la maladie à long-terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression immune locale et systémique apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Ces considérations soulignent la nécessité de mieux analyser et caractériser les voies immunitaires non seulement au niveau local dans le microenvironement tumoral mais aussi au niveau systémique dans le sang des patients. Le but de cette thèse est d'obtenir une plus grande connaissance de la complexité et de l'hétérogénéité du microenvironement tumoral dans les mélanomes mais aussi d'investiguer la modulation immunitaire au delà du microenvironement tumoral au niveau systémique. Afin d'atteindre ce but, nous avons établi deux objectifs principaux : caractériser précisément la modulation locale et systémique du système immunitaire (i) chez les patients atteints du mélanome qui n'ont pas reçu de traitement et (ii) chez les patients qui ont été traités soit par des vaccins soit par des thérapies qui bloquent les points de contrôles. Dans la première et majeure partie de cette thèse, nous avons analysé les vaisseaux lymphatiques en relation avec la réponse immunitaire anti-tumorale dans les tissus des patients vaccinés grâce à des techniques d'immunohistochimie et de quantification informatisé et automatique des marquages. Nous avons trouvé qu'une densité élevée de vaisseaux lymphatiques dans la tumeur était associée à une plus grande expression de molécules immunosuppressives ainsi qu'à une diminution de la fonctionnalité des cellules T spécifiques tumoral dans la tumeur et dans le sang des patients. Ces résultats révèlent un rôle jusqu'à là inconnu des vaisseaux lymphatiques dans la modulation directe du système immunitaire au niveau local et systémique dans les cancers de l'homme. Cette recherche apporte finalement des preuves du potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec des autres immunothérapies déjà utilisées en clinique. Dans le second objectif, nous rapportons le cas d'un patient atteint d'un mélanome avec de multiples métastases qui a développé à la suite de plusieurs vaccinations répétées et consécutives avec des peptides et du CpG, un évènement indésirable sous la forme d'une granulomatose pulmonaire sarcoid-like. Nous avons démontré que l'apparition de cet évènement était intimement liée au développement d'une réponse immunitaire durable et spécifique contre les antigènes de la tumeur. Par là- même, nous prouvons pour la première fois que la nouvelle génération de vaccins est aussi capable d'induire des effets indésirables auto-immuns. Pour le troisième objectif, nous avons voulu savoir si l'utilisation de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) était capable d'identifier les cellules du mélanome ainsi que les différents sous-types cellulaires dans les ganglions métastatiques. Grâce à nos collaborateurs de Bruxelles, nous avons pu établir que les diverses composantes cellulaires des ganglions atteints par des métastases du mélanome présentaient des spectres infrarouges différents et qu'elles pouvaient être identifiées d'une façon automatique. Cette nouvelle technique permettrait donc de distinguer des caractéristiques biologiques connues ou nouvelles dans les tissus humains qui auraient des retombées pratiques importantes dans le diagnostic histopathologique et dans l'évaluation des biomarqueurs. Finalement dans le dernier objectif, nous avons investigué le rôle du facteur de stimulation des colonies (CSF-1) dans la modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale chez les patients qui ont été traités par l'Ipilimumab. Nos expériences in vivo au niveau des tissus tumoraux et nos co-cultures in vitro nous ont permis de démontrer que les cytokines secrétées par les cellules T spécifiques anti-tumorales induisaient la sécrétion de CSF-1 dans les cellules du mélanome ce qui résultait en un recrutement de monocytes immunosuppresseurs. Dans son ensemble, cette thèse révèle donc l'existence de nouveaux mécanismes de modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale et propose de nouvelles optimisations de combinaison d'immunothérapies contre le mélanome.

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.

The role of dendritic cells (DC) in Friend retrovirus-induced immunosuppression and immunotherapeutic applications of functionalized nanoparticles

Friend murine leukemia Virus (FV) infection of immunocompetent mice is a well- established model to acquire further knowledge about viral immune suppression mechanisms, with the aim to develop therapeutics against retrovirus-induced diseases. Interestingly, BALB/c mice are infected by low doses of FV and die from FV-induced erythroleukemia, while C57/BL6 mice are infected by FV only at high viral dose, and remain persistently infected for their whole life. Due to the central role of dendritic cells (DC) in the induction of anti-viral responses, we asked for their functional role in the genotype-dependent sensitivity towards FV infection. In my PhD study I showed that bone marrow (BM)-derived DC differentiated from FV-infected BM cells obtained from FV-inoculated BALB/c (FV susceptible) and C57BL/6 (FV resistant) mice showed an increased endocytotic activity and lowered expression of MHCII and of costimulatory receptors as compared with non-infected control BMDC. FV-infected BMDC from either mouse strain were partially resistant towards stimulation-induced upregulation of MHCII and costimulators, and accordingly were poor T cell stimulators in vitro and in vivo. In addition, FV-infected BMDC displayed an altered expression profile of proinflammator cytokines and favoured Th2 polarization. Ongoing work is focussed on elucidating the functional role of proteins identified as differentially expressed in FV-infected DC in a genotype-dependent manner, which therefore may contribute to the differential course of FV infection in vivo in BALB/c versus C57BL/6 mice. So far, more than 300 proteins have been identified which are differently regulated in FV-infected vs. uninfected DC from both mouse strains. One of these proteins, S100A9, was strongly upregulated specifically in BMDC derived from FV-infected C57BL/6 BM cells. S100A9-/- mice were more sensitive towards inoculation with FV than corresponding wild type (WT) mice (both C57BL/6 background), which suggests a decisive role of this factor for anti-viral defense. In addition, FV-infected S100A9-/- BMDC showed lower motility than WT DC. The future work is aimed to further elucidate the functional importance of S100A9 for DC functions. To exploit the potential of DC for immunotherapeutic applications, in another project of this PhD study the usability of different types of functionalized nanoparticles

Erkennung der alpha-Kette des GM-CSF-Rezeptors (CSF2RA) durch einen HLA-unabhängigen alpha:beta-T-Zellrezeptor

Aus dem tumorreaktiven T-Zellrepertoire der Melanompatientin Ma-Mel-86/INTH, bei der im Verlauf Lymphknotenmetastasen HLA-Klasse I-negativer Tumorzellen auftraten, wurden durch Stimulation mit autologen Tumorzellen CD8+ T-Zellklone isoliert und expandiert, die auf Melanomzellen der Patientin CSF2RA (engl. GM-CSF receptor alpha chain) in HLA-unabhängiger Weise erkannten. Aus einem der T-Zellklone wurde ein CSF2RA-reaktiver α:β-T-Zellrezeptor (TCR, engl. T-cell receptor) kloniert (Bezeichnung: TCR-1A.3/46). Die α-Kette des TCR enthielt die Domänen TRAV14/DV4*01, TRAJ48*01 und TRAC*01, die β-Kette die Domänen TRBV10-3*01, TRBD2*01, TRBJ2-7*01 und TRBC2*01. Durch Austausch der humanen konstanten gegen die homologen murinen Domänen wurde der TCR optimiert (Bezeichnung: cTCR-1A.3/46) und hinsichtlich seiner Expression und Funktionalität nach retroviralem Transfer in humane PBMC (engl. peripheral blood mononuclear cells) im 51Chromfreisetzungstest, im IFN-γ-ELISpot-Assay und in einem Degranulations-Assay validiert. TCR-transgene T-Zellen lysierten nicht nur spezifisch die HLA-defizienten, CSF2RA+ Melanomlinien des Modells Ma-Mel-86, sondern erkannten auch Zelllinien verschiedener Spezies nach Transfektion von CSF2RA sowie Monozyten, Granulozyten, dendritische Zellen und ein breites Spektrum hämatologischer Malignome myeloiden Ursprungs ungeachtet deren HLA-Phänotypen. Lymphatische Zellen sowie CD34+ Blutstammzellen wurden in In vitro-Untersuchungen nicht erkannt. Der Zusatz von GM-CSF zu Zellen, die CSF2RA und CSF2RB exprimierten, inhibierte die Erkennung durch TCR-transgene PBMC, während die Koexpression der α- und der ß-Kette des GM-CSF-Rezeptors alleine keinen negativen Effekt auf die Erkennung hatte. Daraus war zu schließen, dass CSF2RA präferentiell freistehend und weniger nach Integration in den heteromultimerischen GM-CSF-Rezeptor-Komplex erkannt wurde. In der zweidimensionalen Collier-de-Perles-Visualisierung der IMGT-Datenbank (engl. International immunogenetics information system) wies der CSF2RA-reaktive TCR-1A.3/46 im Vergleich zu TCR von konventionellen, HLA-restringierten T-Zellen keine Besonderheiten auf. Darüber hinaus waren auch die von den HLA-unabhängigen T-Zellen exprimierten CD8-Moleküle identisch zu den CD8-Molekülen HLA-abhängiger CTL (engl. cytotoxic T lymphocytes). Die Präsenz von CD8-Molekülen förderte die HLA-unabhängige Erkennung von CSF2RA, schien aber dafür nicht zwingend erforderlich zu sein, da Antikörper gegen CD8 die Erkennung zu ca. 65 % blockierten und TCR-transgene CD4+ T-Zellen im Vergleich zu TCR-transduzierten CD8+ T-Zellen eine deutlich verringerte, aber noch erhaltene Funktionalität aufwiesen. Es ist derzeit nicht klar, ob HLA-unabhängige T-Zellen gegen CSF2RA im peripheren Blut der Patientin vorkamen, weil sie der im Tiermodell postulierten Thymusselektion MHC-unabhängiger TCR (Tikhonova et al., Immunity 36:79, 2012) entkommen waren, oder weil ein ursprünglich gegen einen HLA-Peptid-Komplex gerichteter TCR eine HLA-unabhängige Kreuzreaktivität aufwies. CSF2RA verbessert die Glucoseutilisation in malignen Zellen, und es wurden ihm embryotrophe Eigenschaften zugeschrieben (Spielholz et al., Blood 85:973, 1995; Sjöblom et al., Biol. Reprod. 67:1817, 2002). Damit kann CSF2RA malignes Wachstum fördern und ist somit ein potentielles Zielmolekül für die Immuntherapie. Seine HLA-unabhängige Erkennung würde sowohl die HLA-Vielfalt als auch den HLA-Verlust als typische Limitationen der T-Zellimmuntherapie umgehen. Zur Überprüfung der In vivo-Spezifität des HLA-unabhängigen TCR gegen CSF2RA und damit zum Ausschluss relevanter off-tumor-/on-target- bzw. off-tumor-/off-target-Effekte ist jedoch eine Testung in einem präklinischen Tiermodell erforderlich.

Interferon-γ Induces Expression of MHC Class II on Intestinal Epithelial Cells and Protects Mice from Colitis

Immune responses against intestinal microbiota contribute to the pathogenesis of inflammatory bowel diseases (IBD) and involve CD4(+) T cells, which are activated by major histocompatibility complex class II (MHCII) molecules on antigen-presenting cells (APCs). However, it is largely unexplored how inflammation-induced MHCII expression by intestinal epithelial cells (IEC) affects CD4(+) T cell-mediated immunity or tolerance induction in vivo. Here, we investigated how epithelial MHCII expression is induced and how a deficiency in inducible epithelial MHCII expression alters susceptibility to colitis and the outcome of colon-specific immune responses. Colitis was induced in mice that lacked inducible expression of MHCII molecules on all nonhematopoietic cells, or specifically on IECs, by continuous infection with Helicobacter hepaticus and administration of interleukin (IL)-10 receptor-blocking antibodies (anti-IL10R mAb). To assess the role of interferon (IFN)-γ in inducing epithelial MHCII expression, the T cell adoptive transfer model of colitis was used. Abrogation of MHCII expression by nonhematopoietic cells or IECs induces colitis associated with increased colonic frequencies of innate immune cells and expression of proinflammatory cytokines. CD4(+) T-helper type (Th)1 cells - but not group 3 innate lymphoid cells (ILCs) or Th17 cells - are elevated, resulting in an unfavourably altered ratio between CD4(+) T cells and forkhead box P3 (FoxP3)(+) regulatory T (Treg) cells. IFN-γ produced mainly by CD4(+) T cells is required to upregulate MHCII expression by IECs. These results suggest that, in addition to its proinflammatory roles, IFN-γ exerts a critical anti-inflammatory function in the intestine which protects against colitis by inducing MHCII expression on IECs. This may explain the failure of anti-IFN-γ treatment to induce remission in IBD patients, despite the association of elevated IFN-γ and IBD.

Tumor Necrosis Factor-Related Apoptosis-Inducing Ligand on NK Cells Protects From Hepatic Ischemia-Reperfusion Injury

BACKGROUND: Ischemia-reperfusion injury (IRI) significantly contributes to graft dysfunction after liver transplantation. Natural killer (NK) cells are crucial innate effector cells in the liver and express tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL), a potent inducer of hepatocyte cell death. Here, we investigated if TRAIL expression on NK cells contributes to hepatic IRI. METHODS: The outcome after partial hepatic IRI was assessed in TRAIL-null mice and contrasted to C57BL/6J wild-type mice and after NK cell adoptive transfer in RAG2/common gamma-null mice that lack T, B, and NK cells. Liver IRI was assessed by histological analysis, alanine aminotransferase, hepatic neutrophil activation by myeloperoxidase activity, and cytokine secretion at specific time points. NK cell cytotoxicity and differentiation were assessed in vivo and in vitro. RESULTS: Twenty-four hours after reperfusion, TRAIL-null mice exhibited significantly higher serum transaminases, histological signs of necrosis, neutrophil infiltration, and serum levels of interleukin-6 compared to wild-type animals. Adoptive transfer of TRAIL-null NK cells into immunodeficient RAG2/common gamma-null mice was associated with significantly elevated liver damage compared to transfer of wild-type NK cells. In TRAIL-null mice, NK cells exhibit higher cytotoxicity and decreased differentiation compared to wild-type mice. In vitro, cytotoxicity against YAC-1 and secretion of interferon gamma by TRAIL-null NK cells were significantly increased compared to wild-type controls. CONCLUSIONS: These experiments reveal that expression of TRAIL on NK cells is protective in a murine model of hepatic IRI through modulation of NK cell cytotoxicity and NK cell differentiation.

Generation of mucosal cytotoxic T cells against soluble protein by tissue-specific environmental and costimulatory signals

We compared peripheral and mucosal primary CD8 T cell responses to inflammatory and noninflammatory forms of antigen in a T cell-adoptive transfer system. Immunization with the soluble antigen, ovalbumin (ova), administered i.p. or orally without adjuvant, activated nonmucosal CD8 T cells but did not induce cytotoxic activity. However, after activation, the transferred cells entered the intestinal mucosa and became potent antigen-specific killers. Thus, exogenous intact soluble protein entered the major histocompatibility complex class I antigen presentation pathway and induced mucosal cytotoxic T lymphocytes. Moreover, distinct costimulatory requirements for activation of peripheral versus mucosal T cells were noted in that the CD28 ligand, B7-1, was critical for activated mucosal T cell generation but not for activation of peripheral CD8 T cells. The costimulator, B7-2, was required for optimum activation of both populations. Infection with a new recombinant vesicular stomatitis virus encoding ovalbumin induced lytic activity in mucosal as well as peripheral sites, demonstrating an adjuvant effect of inflammatory mediators produced during virus infection. Generation of antiviral cytotoxic T lymphocytes was also costimulation-dependent. The results indicated that induction of peripheral tolerance via antigen administration may not extend to mucosal sites because of distinct costimulatory and inflammatory signals in the mucosa.

Modulation of human V alpha 24(+)V beta 11(+) NKT cells by age, malignancy and conventional anticancer therapies

Immunotherapy strategies aimed at increasing human Valpha24(+)Vbeta11(+) natural killer T (NKT) cell numbers are currently a major focus. To provide further information towards the goal of NKT cell-based immunotherapy, we assessed the effects of age, cancer status and prior anticancer treatment on NKT cell numbers and their expansion capacity following alpha-galactosylceramide (alpha-GalCer) stimulation. The percentage and absolute number of peripheral blood NKT cells was assessed in 40 healthy donors and 109 solid cancer patients ( colorectal ( n = 33), breast ( n = 10), melanoma ( n = 17), lung ( n = 8), renal cell carcinoma ( n = 10), other cancers ( n = 31)). Responsiveness to alpha-GalCer stimulation was also assessed in 28 of the cancer patients and 37 of the healthy donors. Natural killer T cell numbers were significantly reduced in melanoma and breast cancer patients. While NKT numbers decreased with age in healthy donors, NKT cells were decreased in these cancer subgroups despite age and sex adjustments. Prior radiation treatment was shown to contribute to the observed reduction in melanoma patients. Although cancer patient NKT cells were significantly less responsive to alpha-GalCer stimulation, they remained capable of substantial expansion. Natural killer T cells are therefore modulated by age, malignancy and prior anticancer treatment; however, cancer patient NKT cells remain capable of responding to alpha-GalCer-based immenotherapies.