Influence of HLA-C expression level on HIV control.

A variant upstream of human leukocyte antigen C (HLA-C) shows the most significant genome-wide effect on HIV control in European Americans and is also associated with the level of HLA-C expression. We characterized the differential cell surface expression levels of all common HLA-C allotypes and tested directly for effects of HLA-C expression on outcomes of HIV infection in 5243 individuals. Increasing HLA-C expression was associated with protection against multiple outcomes independently of individual HLA allelic effects in both African and European Americans, regardless of their distinct HLA-C frequencies and linkage relationships with HLA-B and HLA-A. Higher HLA-C expression was correlated with increased likelihood of cytotoxic T lymphocyte responses and frequency of viral escape mutation. In contrast, high HLA-C expression had a deleterious effect in Crohn's disease, suggesting a broader influence of HLA expression levels in human disease.

Definition of key variables for the induction of optimal NY-ESO-1-specific T cells in HLA transgene mice.

An attractive treatment of cancer consists in inducing tumor-eradicating CD8(+) CTL specific for tumor-associated Ags, such as NY-ESO-1 (ESO), a strongly immunogenic cancer germ line gene-encoded tumor-associated Ag, widely expressed on diverse tumors. To establish optimal priming of ESO-specific CTL and to define critical vaccine variables and mechanisms, we used HLA-A2/DR1 H-2(-/-) transgenic mice and sequential immunization with immunodominant DR1- and A2-restricted ESO peptides. Immunization of mice first with the DR1-restricted ESO(123-137) peptide and subsequently with mature dendritic cells (DCs) presenting this and the A2-restriced ESO(157-165) epitope generated abundant, circulating, high-avidity primary and memory CD8(+) T cells that efficiently killed A2/ESO(157-165)(+) tumor cells. This prime boost regimen was superior to other vaccine regimes and required strong Th1 cell responses, copresentation of MHC class I and MHC class II peptides by the same DC, and resulted in upregulation of sphingosine 1-phosphate receptor 1, and thus egress of freshly primed CD8(+) T cells from the draining lymph nodes into circulation. This well-defined system allowed detailed mechanistic analysis, which revealed that 1) the Th1 cytokines IFN-gamma and IL-2 played key roles in CTL priming, namely by upregulating on naive CD8(+) T cells the chemokine receptor CCR5; 2) the inflammatory chemokines CCL4 (MIP-1beta) and CCL3 (MIP-1alpha) chemoattracted primed CD4(+) T cells to mature DCs and activated, naive CD8(+) T cells to DC-CD4 conjugates, respectively; and 3) blockade of these chemokines or their common receptor CCR5 ablated priming of CD8(+) T cells and upregulation of sphingosine 1-phosphate receptor 1. These findings provide new opportunities for improving T cell cancer vaccines.

Comparison of Immunogenicity in Rhesus Macaques of Transmitted-Founder, HIV-1 Group M Consensus, and Trivalent Mosaic Envelope Vaccines Formulated as a DNA Prime, NYVAC, and Envelope Protein Boost.

An effective human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) vaccine must induce protective antibody responses, as well as CD4(+) and CD8(+) T cell responses, that can be effective despite extraordinary diversity of HIV-1. The consensus and mosaic immunogens are complete but artificial proteins, computationally designed to elicit immune responses with improved cross-reactive breadth, to attempt to overcome the challenge of global HIV diversity. In this study, we have compared the immunogenicity of a transmitted-founder (T/F) B clade Env (B.1059), a global group M consensus Env (Con-S), and a global trivalent mosaic Env protein in rhesus macaques. These antigens were delivered using a DNA prime-recombinant NYVAC (rNYVAC) vector and Env protein boost vaccination strategy. While Con-S Env was a single sequence, mosaic immunogens were a set of three Envs optimized to include the most common forms of potential T cell epitopes. Both Con-S and mosaic sequences retained common amino acids encompassed by both antibody and T cell epitopes and were central to globally circulating strains. Mosaics and Con-S Envs expressed as full-length proteins bound well to a number of neutralizing antibodies with discontinuous epitopes. Also, both consensus and mosaic immunogens induced significantly higher gamma interferon (IFN-γ) enzyme-linked immunosorbent spot assay (ELISpot) responses than B.1059 immunogen. Immunization with these proteins, particularly Con-S, also induced significantly higher neutralizing antibodies to viruses than B.1059 Env, primarily to tier 1 viruses. Both Con-S and mosaics stimulated more potent CD8-T cell responses against heterologous Envs than did B.1059. Both antibody and cellular data from this study strengthen the concept of using in silico-designed centralized immunogens for global HIV-1 vaccine development strategies. IMPORTANCE: There is an increasing appreciation for the importance of vaccine-induced anti-Env antibody responses for preventing HIV-1 acquisition. This nonhuman primate study demonstrates that in silico-designed global HIV-1 immunogens, designed for a human clinical trial, are capable of eliciting not only T lymphocyte responses but also potent anti-Env antibody responses.

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.

Vaccine-Induced Linear Epitope-Specific Antibodies to Simian Immunodeficiency Virus SIVmac239 Envelope Are Distinct from Those Induced to the Human Immunodeficiency Virus Type 1 Envelope in Nonhuman Primates.

To evaluate antibody specificities induced by simian immunodeficiency virus (SIV) versus human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) envelope antigens in nonhuman primate (NHP), we profiled binding antibody responses to linear epitopes in NHP studies with HIV-1 or SIV immunogens. We found that, overall, HIV-1 Env IgG responses were dominated by V3, with the notable exception of the responses to the vaccine strain A244 Env that were dominated by V2, whereas the anti-SIVmac239 Env responses were dominated by V2 regardless of the vaccine regimen.

ENaC activity in collecting ducts modulates NCC in cirrhotic mice.

Cirrhosis is a frequent and severe disease, complicated by renal sodium retention leading to ascites and oedema. A better understanding of the complex mechanisms responsible for renal sodium handling could improve clinical management of sodium retention. Our aim was to determine the importance of the amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) in collecting ducts in compensate and decompensate cirrhosis. Bile duct ligation was performed in control mice (CTL) and collecting duct-specific αENaC knockout (KO) mice, and ascites development, aldosterone plasma concentration, urinary sodium/potassium ratio and sodium transporter expression were compared. Disruption of ENaC in collecting ducts (CDs) did not alter ascites development, urinary sodium/potassium ratio, plasma aldosterone concentrations or Na,K-ATPase abundance in CCDs. Total αENaC abundance in whole kidney increased in cirrhotic mice of both genotypes and cleaved forms of α and γ ENaC increased only in ascitic mice of both genotypes. The sodium chloride cotransporter (NCC) abundance was lower in non-ascitic KO, compared to non-ascitic CTL, and increased when ascites appeared. In ascitic mice, the lack of αENaC in CDs induced an upregulation of total ENaC and NCC and correlated with the cleavage of ENaC subunits. This revealed compensatory mechanisms which could also take place when treating the patients with diuretics. These compensatory mechanisms should be considered for future development of therapeutic strategies.

Identification and visualization of multidimensional antigen-specific T-cell populations in polychromatic cytometry data.

An important aspect of immune monitoring for vaccine development, clinical trials, and research is the detection, measurement, and comparison of antigen-specific T-cells from subject samples under different conditions. Antigen-specific T-cells compose a very small fraction of total T-cells. Developments in cytometry technology over the past five years have enabled the measurement of single-cells in a multivariate and high-throughput manner. This growth in both dimensionality and quantity of data continues to pose a challenge for effective identification and visualization of rare cell subsets, such as antigen-specific T-cells. Dimension reduction and feature extraction play pivotal role in both identifying and visualizing cell populations of interest in large, multi-dimensional cytometry datasets. However, the automated identification and visualization of rare, high-dimensional cell subsets remains challenging. Here we demonstrate how a systematic and integrated approach combining targeted feature extraction with dimension reduction can be used to identify and visualize biological differences in rare, antigen-specific cell populations. By using OpenCyto to perform semi-automated gating and features extraction of flow cytometry data, followed by dimensionality reduction with t-SNE we are able to identify polyfunctional subpopulations of antigen-specific T-cells and visualize treatment-specific differences between them.

Influence of PTPN2 and pre-existing immunity on the generation of effector and memory CD8 T cells

Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection envers les maladies infectieuses. Au cours d'une réponse à une infection primaire, des cellules B et des cellules T spécifiques, dirigées contre le pathogène en question, sont générées et certaines d'entre elles deviennent des cellules dites mémoires. Leur fonction est de nous protéger contre une nouvelle infection avec le même pathogène, une infection secondaire. Dans certaines situations, comme c'est par exemple le cas avec la grippe, les pathogènes ne sont pas toujours complètement identiques et les cellules mémoires ne sont pas à même d'assurer leur rôle protecteur et d'empêcher une réinfection. Pourtant, on ne sait à l'heure actuelle que très peu comment une immunité acquise, mais non protectrice, influence le développement d'une réponse immunitaire ultérieure. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié comment les cellules T mémoires cytotoxiques altèrent la réponse de cellules T cytotoxiques nouvellement induites. Au cours d'une réaction immunitaire dirigée contre une infection primaire, un vaste répertoire de lymphocytes T est créé, constitué de cellules T possédant divers degrés d'affinité pour le pathogène. Lors d'une infection secondaire, seules les cellules T ayant une forte affinité pour le pathogène participent à la réponse. Nous avons pu démontrer que ce phénomène de restriction du répertoire des cellules T est principalement causé par les cellules T mémoires qui sont à même de reconnaître un antigène pathogénique présent dans les deux infections. Dans un deuxième projet, nous avons étudié comment l'absence de PTPN2 influence la réponse des cellules T. Chez l'homme, une mutation dans le gène de PTPN2 est associée à des maladies auto-immunes et résulte en une activité réduite de cette phosphatase dans les lymphocytes T. Nous avons montré que la baisse d'activité de la phosphatase PTNP2 conduit à une meilleure expansion des cellules T ayant une qualité comparable à des cellules T auto-antigène spécifiques. De plus, nous avons observé que la survie de ces cellules T effectues ayant une phosphatase diminuée est nettement améliorée. Cela peut conduire à une réponse immunitaire plus efficace ou, éventuellement, à une pathologie auto-immune plus grave. En outre, nos résultats montrent qu'en manipulant l'activité de cette phosphatase, il est possible d'augmenter l'efficacité du transfert des cellules T dans un hôte receveur. Un tel transfert de cellules T est pratiqué chez des patients atteints de tumeurs. Nos travaux suggèrent que la manipulation de la phosphatase PTPN2 pourrait donc représenter une approche thérapeutique novatrice et prometteuse. -- Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection contre les maladies. Les cellules T CD8+ ont une importance primordiale pour le contrôle d'infections primaires causées par des virus ou bactéries, mais également contre certaines tumeurs. Par conséquent, mieux comprendre les exigences nécessaires à l'induction de bonnes réponses des cellules T CD8 pourrait nous permettre de construire des vaccins contre les pathogènes contre lesquels nous n'avons pour l'instant pas de vaccins mais aussi d'améliorer les réactions immunitaires dirigées anti-tumorales. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence qu'une immunité préexistante a sur la réponse des cellules T CD8. Nous sommes souvent exposés à des pathogènes qui sont similaires mais pas identiques à ceux que nous avons rencontrés auparavant. De telles infections hétérologues ne sont pas l'objet de beaucoup d'études et certains exemples indiquent même qu'une immunité préexistante partielle peut mener à une aggravation de la maladie. Nous avons étudié le répertoire des lymphocytes T CD8 qui sont générés lors d'une rencontre avec un nouvel antigène, et ce en comparant infection primaire et secondaire. En utilisant le modèle expérimental d'infections à Listeria monocytogenes, nous avons pu montrer que lors d'une infection primaire, un répertoire diversifié comprenant des cellules T CD8 de forte et faible affinité est constitué. Au contraire, dans le cas d'une infection secondaire, le répertoire des cellules T est fortement limité et seulement les lymphocytes T de forte affinité sont impliqués dans la réponse immunitaire. Nous avons pu démontrer que ces Rangements sont provoqués par des cellules T CD8 mémoires capables de reconnaître un antigène présent dans les deux infections. Cette augmentation du seuil d'activation des cellules effectrices est majoritairement causée par les lymphocytes T CD8 mémoires non transférables. Ces observations indiquent que les vaccins visant à induire des cellules T anti-tumorales de faible affinité seraient inefficaces si le vaccin contient des épitopes contre lesquels il existe une mémoire immunologique. Les réponses immunitaires conduites par les cellules T contre les antigènes tumoraux dépendent des cellules T CD8 de faible réactivité contre les antigènes tumoraux puisque les cellules à forte réactivité sont éliminées par les mécanismes de tolérance. Nous basant sur l'existence dans la littérature de preuves indiquant que PTPN2 influence la réponse des cellules T de faible affinité, nous nous sommes intéressés à comprendre comment PTPN2 impacte les réponses des cellules T CD8 en général. Nous avons remarqué que des cellules T CD8 déficientes en PTPN2 exhibent une meilleure capacité à proliférer suite à une faible ou courte stimulation du récepteur des lymphocytes T. La phase effectrice est prolongée et la contraction retardée résultant ainsi à globalement plus de cellules effectrices. Ce phénomène est également accompagné d'une meilleure survie des cellules effectrices de différentiation terminale. Une fois transférées dans un nouvel hôte receveur, les cellules effectrices terminales KLRG1+CD127- déficientes en phosphatase PTPN2 peuvent survivre et se transformer en cellules mémoires CD127+ fonctionnelles. De façon inattendue, nous avons découvert que l'élimination de PTPN2 améliore l'efficacité du transfert et la formation des cellules mémoires ainsi que leur capacité protectrice. Manipuler l'activité de cette phosphatase apparaît donc comme une approche intéressante et prometteuse pour la thérapie cellulaire par transfert adoptif de lymphocytes T. Nos observations montrent que la manipulation d'un facteur intrinsèque, l'absence de PTPN2, peut, dans certaines circonstances, améliorer la réponse des cellules T. Une meilleure connaissance des mécanismes contrôlant la réponse des lymphocytes T CD8 pourrait donc permettre la manipulation de ces derniers et conduire à des réponses immunitaires plus vigoureuses. Si ces réponses sont déclenchées par l'utilisation de vaccins, il est nécessaire de considérer l'historique d'une exposition préalable à des agents pathogènes ou à des vaccins puisque celle-ci peut, comme nous l'avons démontré, influencer le répertoire des cellules T recrutées dans la réponse immunitaire et, par conséquent, modifier l'aptitude de notre système immunitaire à faire face à une infection. -- Our immune system plays an important role in the protection from disease. CD8 T cells are critical for the control of primary infections with most viruses and certain bacteria as well as against some tumors. Therefore, better knowledge of CD8 T cell responses might enable us to generate vaccines against pathogens for which currently no vaccines are available or to improve anti-tumor immune responses. In the first part of this thesis we addressed the issue how previously acquired immunity impacts on the response of CD8 T cells. We are often exposed to pathogens that are related but not identical to the previously encountered ones. Such heterologous infections are not well studied and there are some indications that partial pre-existing immunity may in some cases even lead to an enhancement of disease. We specifically studied the T cell repertoire of CD8 T cells that are responding to a newly encountered antigen in secondary compared to primary infections. Using the experimental model of Listeria monocytogenes infections, we showed that in primary infections a wide repertoire including high and low affinity CD8 T cells is recruited into the immune response. In contrast to this, in secondary infections, the T cell repertoire is severely restricted and only T cells of high affinity are responding. We were able to pinpoint this difference to the presence of memory CD8 T cells that recognize an antigen that is shared between the two subsequent infections. This increase in the activation threshold was most effectively mediated via non-transferable memory CD8 T cells. This would argue that vaccines targeting low affinity tumor-specific T cells would fail if the vaccine contains previously encountered CD8 T cell epitopes. T cell mediated immune responses to tumor antigen rely often on T cells which weakly react to tumor antigen as high affinity T cells are eliminated by tolerance mechanisms. Following indication in the literature that PTPN2 impacts on the response of such weakly antigen-reactive T cells, we investigated how PTPN2 impacts in general the response of CD8 T cells. We observed that CD8 T cells lacking PTPN2 show an enhanced expansion following weak or short-term T cell receptor stimulation. The effector phase is prolonged and contraction delayed thus resulting in overall more effector cells. This is accompanied by a better survival of terminal effector cells. When transferred into new recipients, KLRG1+CD127- terminal effector cells lacking PTPN2 can survive and convert into CD127+ functional memory cells. Surprisingly, we discovered that elimination of PTPN2 enhances the transfer efficacy and formation of memory cells as well as the protective capacity. Targeting PTPN2 might thus be a promising approach for adoptive T cell therapy. Our observations show how the manipulation of an intrinsic factor, the absence of PTPN2, can enhance T cell responses under certain circumstances. A better understanding of underlying mechanisms for the control of CDS T cell responses might enable the manipulation of these and allow for more powerful responses. If these responses are induced through vaccines it is imperative that the previous history of exposure to pathogens or vaccines is considered as it can, as we have shown in this thesis, influence the recruited T cell repertoire and thus possibly the ability to handle the infection.

Immunogenicity of dimorphic and C-terminal fragments of Plasmodium falciparum MSP2 formulated with different adjuvants in mice.

BACKGROUND: Plasmodium falciparum MSP2 is a blood stage protein that is associated with protection against malaria. It was shown that the MSP2 dimorphic (D) and constant (C) regions were well recognized by immune human antibodies, and were characterized by major conserved epitopes in different endemic areas and age groups. These Abs recognized merozoite-derived proteins in WB and IFA. Here, the goal was to determine in mice the immunogenicity of the two allelic MSP2 D and C domains formulated with different adjuvants, for their possible use in future clinical studies. METHOD: Female A/J, C3H, and ICR mice were immunized subcutaneously 3 times at 3-week interval with a mixture of allelic and conserved MSP2 long synthetic peptides formulated with different adjuvants. One week after the third injection, sera from each group were obtained and stored at -20°C for subsequent testing. RESULTS: Both domains of the two MSP2 families are immunogenic and the fine specificity and intensity of the Ab responses are dependent on mouse strains and adjuvants. The major epitopes were restricted to the 20-mer peptide sequences comprising the last 8aa of D and first 12aa of C of the two allelic families and the first 20aa of the C region, this for most strains and adjuvants. Strong immune responses were associated with GLA-SE adjuvant and its combination with other TLR agonists (CpG or GDQ) compared to alhydrogel and Montanide. Further, the elicited Abs were also capable of recognizing Plasmodium-derived MSP2 and inhibiting parasite growth in ADCI. CONCLUSION: The data provide a valuable opportunity to evaluate in mice different adjuvant and antigen formulations of a candidate vaccine containing both MSP2 D and C fragments. The formulations with GLA-SE seem to be a promising option to be compared with the alhydrogel one in human clinical trials.

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.

The VZV/IE63-specific T cell response prevents herpes zoster in fingolimod-treated patients.

OBJECTIVE: To assess longitudinally the antiviral immune response of T cells from patients with multiple sclerosis (MS) treated with fingolimod (FTY) vs other disease-modifying treatments (DMTs). METHODS: We assessed cellular immune responses specific to influenza virus (FLU), JC virus (JCV), and varicella-zoster virus (VZV) using quantification of interferon-γ secretion by enzyme-linked immunospot in patients with MS on FTY (n = 31), including 2 with herpes zoster (HZ), natalizumab (n = 11), and other DMTs (n = 11). We used viral lysates for FLU and VZV and a pool of peptides for FLU, JCV (VP-1), and VZV (IE63). RESULTS: Besides an expected drop of T cells, we found that, proportionally to the number of CD3(+) T cells, only FTY-treated patients with MS exhibited an increased VZV/IE63-specific T cell response peaking 6 months into treatment, a response that returned to baseline after 12 and 24 months. Two FTY-treated patients developed an HZ 6 months into treatment, coinciding with an absent VZV/IE63-specific T cell response. However, cellular immune responses specific to VZV lysate, JCV, and FLU (lysate and pool of peptide epitopes) were similar between all 3 categories (FTY, natalizumab, and other DMTs) of study patients. CONCLUSIONS: FTY-treated patients with MS exhibit an increased VZV/IE63-specific cellular immune response after 6 months of treatment. FTY-treated patients who develop an HZ are not able to mount such a response, suggesting that a T cell response directed against this viral protein may be key in preventing the occurrence of HZ.

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.

A human immune data-informed vaccine concept elicits strong and broad T-cell specificities associated with HIV-1 control in mice and macaques

Background: None of the HIV T-cell vaccine candidates that have reached advanced clinical testing have been able to induce protective T cell immunity. A major reason for these failures may have been suboptimal T cell immunogen designs. Methods: To overcome this problem, we used a novel immunogen design approach that is based on functional T cell response data from more than 1,000 HIV-1 clade B and C infected individuals and which aims to direct the T cell response to the most vulnerable sites of HIV-1. Results: Our approach identified 16 regions in Gag, Pol, Vif and Nef that were relatively conserved and predominantly targeted by individuals with reduced viral loads. These regions formed the basis of the HIVACAT T-cell Immunogen (HTI) sequence which is 529 amino acids in length, includes more than 50 optimally defined CD4+ and CD8+ T-cell epitopes restricted by a wide range of HLA class I and II molecules and covers viral sites where mutations led to a dramatic reduction in viral replicative fitness. In both, C57BL/6 mice and Indian rhesus macaques immunized with an HTI-expressing DNA plasmid (DNA.HTI) induced broad and balanced T-cell responses to several segments within Gag, Pol, and Vif. DNA.HTI induced robust CD4+ and CD8+ T cell responses that were increased by a booster vaccination using modified virus Ankara (MVA.HTI), expanding the DNA.HTI induced response to up to 3.2% IFN-γ T-cells in macaques. HTI-specific T cells showed a central and effector memory phenotype with a significant fraction of the IFN-γ+ CD8+ T cells being Granzyme B+ and able to degranulate (CD107a+). Conclusions: These data demonstrate the immunogenicity of a novel HIV-1 T cell vaccine concept that induced broadly balanced responses to vulnerable sites of HIV-1 while avoiding the induction of responses to potential decoy targets that may divert effective T-cell responses towards variable and less protective viral determinants.

Gp120/CD4 blocking antibodies are frequently elicited in ART-naïve chronically HIV-1 infected individuals

Antibodies with the ability to block the interaction of HIV-1 envelope glycoprotein (Env) gp120 with CD4, including those overlapping the CD4 binding site (CD4bs antibodies), can protect from infection by HIV-1, and their elicitation may be an interesting goal for any vaccination strategy. To identify gp120/CD4 blocking antibodies in plasma samples from HIV-1 infected individuals we have developed a competitive flow cytometry-based functional assay. In a cohort of treatment-naïve chronically infected patients, we showed that gp120/ CD4 blocking antibodies were frequently elicited (detected in 97% plasma samples) and correlated with binding to trimeric HIV-1 envelope glycoproteins. However, no correlation was observed between functional CD4 binding blockade data and titer of CD4bs antibodies determined by ELISA using resurfaced gp120 proteins. Consistently, plasma samples lacking CD4bs antibodies were able to block the interaction between gp120 and its receptor, indicating that antibodies recognizing other epitopes, such as PGT126 and PG16, can also play the same role. Antibodies blocking CD4 binding increased over time and correlated positively with the capacity of plasma samples to neutralize the laboratory-adapted NL4.3 and BaL virus isolates, suggesting their potential contribution to the neutralizing workforce of plasma in vivo. Determining whether this response can be boosted to achieve broadly neutralizing antibodies may provide valuable information for the design of new strategies aimed to improve the anti-HIV-1 humoral response and to develop a successful HIV- 1 vaccine.