Antibody-conjugated MHC class I tetramers can target tumor cells for specific lysis by T lymphocytes.

To demonstrate that antibody-guided targeting of antigenic MHC class I-peptide tetramer on tumor cells can render them susceptible to lysis by relevant cytotoxic T lymphocytes (CTL), biotinylated HLA-A*0201/Flu matrix peptide complexes were tetramerized on streptavidin molecules previously coupled to Fab' fragments from monoclonal antibodies (mAb) specific for cell surface markers such as carcinoembryonic antigen (CEA), ErbB-2 or CD20. Flow cytometry analysis showed that coating of the HLA-A2-peptide complexes on the four HLA-A2-negative human cancer lines tested (including a CEA-positive colon carcinoma, an ErbB-2(+) breast carcinoma and two CD20(+) B lymphomas) was entirely dependent upon the specificity of the conjugated antibody fragments. More importantly, HLA-A2-restricted Flu matrix peptide-specific CTL were then found to lyse specifically and efficiently the MHC-coated target cells. These results open the way to the development of new immunotherapy strategies based on antibody targeting of MHC class I-peptide complexes.

Positive and negative roles of the trans-acting T cell factor-1 for the acquisition of distinct Ly-49 MHC class I receptors by NK cells.

Members of the Ly-49 gene family code for class I MHC-specific receptors that regulate NK cell function. Due to a combinatorial distribution of Ly-49 receptors, NK cells display considerable clonal heterogeneity. The acquisition of one Ly-49 receptor, Ly-49A is strictly dependent on the transcriptional trans-acting factor T cell-specific factor-1 (TCF-1). Indeed, TCF-1 binds to two sites in the Ly-49a promoter and regulates its activity, suggesting that the Ly-49a gene is a direct TCF-1 target. TCF-1 deficiency resulted in the altered usage of additional Ly-49 receptors. We show in this study, using TCF-1 beta(2)-microglobulin double-deficient mice, that these repertoire alterations are not due to Ly-49/MHC class I interactions. Our findings rather suggest a TCF-1-dependent, cell autonomous effect on the acquisition of multiple Ly-49 receptors. Besides reduced receptor usage (Ly-49A and D), we also observed no effect (Ly-49C) and significantly expanded (Ly-49G and I) receptor usage in the absence of TCF-1. These effects did not in all cases correlate with the presence of TCF binding sites in the respective proximal promoter. Therefore, besides TCF-1 binding to the proximal promoter, Ly-49 acquisition may also be regulated by TCF-1 binding to more distant cis-acting elements and/or by regulating the expression of additional trans-acting factors. Consistent with the observed differential, positive or negative role of TCF-1 for Ly-49 receptor acquisition, reporter gene assays revealed the presence of an inducing as well as a repressing TCF site in certain proximal Ly-49 promoters. These findings reveal an important role of TCF-1 for the formation of the NK cell receptor repertoire.

Distinct conformations of Ly49 natural killer cell receptors mediate MHC class I recognition in trans and cis.

Certain cell-surface receptors engage ligands expressed on juxtaposed cells and ligands on the same cell. The structural basis for trans versus cis binding is not known. Here, we showed that Ly49 natural killer (NK) cell receptors bound two MHC class I (MHC-I) molecules in trans when the two ligand-binding domains were backfolded onto the long stalk region. In contrast, dissociation of the ligand-binding domains from the stalk and their reorientation relative to the NK cell membrane allowed monovalent binding of MHC-I in cis. The distinct conformations (backfolded and extended) define the structural basis for cis-trans binding by Ly49 receptors and explain the divergent functional consequences of cis versus trans interactions. Further analyses identified specific stalk segments that were not required for MHC-I binding in trans but were essential for inhibitory receptor function. These data identify multiple distinct roles of stalk regions for receptor function.

Interaction of antigenic peptides with MHC class I molecules on living cells studied by photoaffinity labeling.

Using a direct binding assay based on photoaffinity labeling, we have studied the interaction of antigenic peptides with murine MHC class I molecules on living cells. Photoreactive derivatives were prepared by N-terminal amidation with iodo, 4-azido salicylic acid of the Kd restricted Plasmodium berghei circumsporozoite (P.b. CS) peptide 253-260 (YIPSAEKI) and the Db-restricted Adenovirus 5 early region 1A (Ad5 E1A) peptide 234-243 (SGPSNTPPEI). As assessed in functional competition experiments, both peptide derivatives retained the specific binding activity of the parental peptides for Kd or Dd, respectively. The P.b. CS photoprobe specifically labeled Kd molecules on P815 (H-2d) cells, but failed to label RMA (H-2b) cells. Conversely, the Ad5 E1A photoprobe specifically labeled Db molecules on RMA cells, but failed to label P815 cells. When the two photoprobes were tested on a panel of Con A-activated spleen cells expressing 10 different H-2 haplotypes, significant photoaffinity labeling was observed only on H-2d cells with the P.b. CS photoprobe and on H-2b cells with the Ad5 E1A photoprobe. Labeling of cell-associated Kd or Db molecules with the photoprobes was specifically inhibited by antigenic peptides known to be presented by the same class I molecule. Photoaffinity labeling of Kd with the P.b. CS photoprobe was used to study the dynamics of peptide binding on living P815 cells. Binding increased steadily with the incubation period (up to 8 h) at 37 degrees C and at ambient temperature, but was greatly reduced (greater than 95%) at 0 to 4 degrees C or in the presence of ATP synthesis inhibitors. The magnitude of the labeling was twofold higher at room temperature than at 37 degrees C. In contrast, binding to isolated Kd molecules in solution rapidly reached maximal binding, particularly at 37 degrees C. Dissociation of the photoprobe from either cell-associated or soluble Kd molecules was similar, with a half time of approximately 1 h at 37 degrees C, whereas the complexes were long-lived at 4 degrees C in both instances.

BAFF production by antigen-presenting cells provides T cell co-stimulation.

The B cell-activating factor from the tumor necrosis factor family (BAFF) is an important regulator of B cell immunity. Recently, we demonstrated that recombinant BAFF also provides a co-stimulatory signal to T cells. Here, we studied expression of BAFF in peripheral blood leukocytes and correlated this expression with BAFF T cell co-stimulatory function. BAFF is produced by antigen-presenting cells (APC). Blood dendritic cells (DC) as well as DC differentiated in vitro from monocytes or CD34+ stem cells express BAFF mRNA. Exposure to bacterial products further up-regulates BAFF production in these cells. A low level of BAFF transcription, up-regulated upon TCR stimulation, was also detected in T cells. Functionally, blockade of endogenous BAFF produced by APC and, to a lesser extent, by T cells inhibits T cell activation. Altogether, this indicates that BAFF may regulate T cell immunity during APC-T cell interactions and as an autocrine factor once T cells have detached from the APC.

A novel Th cell epitope of Candida albicans mediates protection from fungal infection.

Fungal pathogens are a frequent cause of opportunistic infections. They live as commensals in healthy individuals but can cause disease when the immune status of the host is altered. T lymphocytes play a critical role in pathogen control. However, specific Ags determining the activation and function of antifungal T cells remain largely unknown. By using an immunoproteomic approach, we have identified for the first time, to our knowledge, a natural T cell epitope from Candida albicans. Isolation and sequencing of MHC class II-bound ligands from infected dendritic cells revealed a peptide that was recognized by a major population of all Candida-specific Th cells isolated from infected mice. Importantly, human Th cells also responded to stimulation with the peptide in an HLA-dependent manner but without restriction to any particular HLA class II allele. Immunization of mice with the peptide resulted in a population of epitope-specific Th cells that reacted not only with C. albicans but also with other clinically highly relevant species of Candida including the distantly related Candida glabrata. The extent of the reaction to different Candida species correlated with their degree of phylogenetic relationship to C. albicans. Finally, we show that the newly identified peptide acts as an efficient vaccine when used in combination with an adjuvant inducing IL-17A secretion from peptide-specific T cells. Immunized mice were protected from fatal candidiasis. Together, these results uncover a new immune determinant of the host response against Candida ssp. that could be exploited for the development of antifungal vaccines and immunotherapies.

Development and evaluation of antibody-MHC/peptide conjugates as a new form of cancer immunotherapy

Summary One of the major goals of cancer immunotherapy is the induction of a specific and effective antitumor cytotoxic T lymphocyte (CTL) response. However, the downregulation of Class I Major Histocompatibility Complexes (MHC) expression and the low level of tumor peptide presentation on tumor cell surface, ás well as the low immunogenicity of tumor specific antigens, limit the effectiveness of anti-tumor CTL responses. On the other hand, monoclonal antibodies, which bind with high affinity to tumor cell surface markers, are powerful tumor targeting tools. However, their capacity to .kill cancer cells is limited and mAb cancer treatments usually require the addition of different form of chemotherapy. The new cancer immunotherapy strategy described herein combines the advantage of the high tumor targeting capacity of monoclonal antibodies (mAb) with the powerful cytotoxicity of CD8 T lymphocytes directed against highly antigenic peptide-MHC complexes. Monoclonal antibody Fab fragments directed against a cell surface tumor associated antigen (TAA) are chemically coupled to soluble MHC class I complexes carrying a highly antigenic peptide. Antibody guided targeting and oligomerization of numerous antigenic class IMHC/peptide complexes on tumor cell surfaces can redirect the cytotoxicity of peptide-specific CD8 T cells towards target cancer cells. After the description of the production of murine anti-tumor xMHC/peptide conjugates in the first part of this thesis, the therapeutic potential of such conjugates were sequentially investigated in different syngeneic tumor mouse models. As a first proof of principle, transgenic OT-1 mice and later CEA transgenic C57BL/6 (B6) mice, adoptively transferred with OT-1 spleen cells and immunized with ovalbumin, were used as a model of high frequency of ova peptide specific T cells. In these mice, growth inhibition and regression of palpable colon carcinoma expressing CEA, were obtained by systemic injection of anti-CEA Fab/H-2Kb/ova peptide conjugates. Next, LCMV virus and influenza virus infection of B6 mice were used as viral models to redirect natural antiviral CTL responses to tumors via conjugates loaded with viral peptides. We showed that in mice infected with the LCMV virus, subcutaneous CEA-expressing tumor cells were inhibited by the H2Db/GP33 restricted anti-viral CTL response when preincubated before grafting with anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 peptide conjugates. In mice infected with the influenza virus, lung metastases expressing the HER2 antigen were inhibited by the H-2Db/NP366 restricted CTLs response when preincubated before injection with anti-Her2 Fab-H-2Db/NP366 peptide conjugates. In the last chapter, the stability of the peptide in the anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 conjugates was improved by the covalent photocross-link of the GP33 peptide in the H-2Db MHC groove. Thus, LCMV immune mice could reject CEA expressing tumors when treated with systemic injections of anti-CEA FabH-2Db/GP33 cross-linked conjugates. These results are encouraging for the potential application of this strategy in clinic. Such conjugates could be used alone in patients boosted by the relevant virus, or used in combination with existing T cell based ìmmunotherapy. Résumé Une des principales approches utilisées dans l'immunothérapie contre le cancer consiste en l'induction d'une réponse T cytotoxique (CTL) spécifiquement dirigée contre la tumeur. Cependant, le faible niveau d'expression des complexes majeurs d'histocompatibilité de classe I (CMH I) et de présentation des peptides tumoraux à la surface des cellules cancéreuses ainsi que la faible immunogenicité des antigens tumoraux, limitent l'efficacité de la réponse CTL. D'autre part,. l'injection d'anticorps monoclonaux (mAb), se liant avec une haute affinité aux marqueurs de surface des cellules tumorales, a fourni des résultats cliniques encourageant. Cependant l'efficacité de ces mAbs contre des tumeur solides reste limitée et necessite souvent l'addition de chimiotherapie. La nouvelle stratégie thérapeutique décrite dans ce travail associe le fort pouvoir de localisation des anticorps monoclonaux et le fort pouvoir cytotoxique des lymphocytes T CD8+. Des fragments Fab d'anticorps monoclonaux, dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, ont été chimiquement couplés à des CMH I solubles, portant un peptide fortement antigénique. Le ciblage et l'oligomérisation à la surface des cellules tumorales de nombreux CMH I présentant un peptide antigénique, va réorienter la cytotoxicité des cellules T CD8+ spécifiques du peptide présenté, vers les cellules tumorales cibles. Après une description de la production de conjugé anti-tumeur x CMH Upeptide dans la première partie de cette thèse, le potentiel thérapeutique de tels conjugés a été successivement étudiés in vivo dans différents modèles de tumeur syngénéiques. Tout d'abord, des souris OT-1 transgéniques, puis des souris C57BL/6 (B6) transférées avec des cellules de rate OT-1 puis immunisées avec l'ovalbumine, ont été employées comme modèle de haute fréquence de cellules T CD8+ spécifiques du peptide ova. Chez ces souris, l'inhibition de la croissance et la régression de nodules palpables de carcinomes exprimant l'antigène caccino embryonaire (ACE), ont été obtenues par l'injection systémique de conjugés anti-ACE Fab/H-2Kb/ova. Par la suite, l'infection de souris B6 par le virus LCMV et par le virus de la grippe, ont été utilisés comme modèles viraux pour redirigées des réponses anti-virales naturelles vers les tumeurs, en utilisant des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré que .chez les souris infectées par le LCMV, la croissance de carcinome sous-cutané est empêchée par la réponse anti-virale, spécifique du complexe H2Db/GP33, lorsque les cellules tumorales greffées sont pré-incubées avec des conjugés anti-CEA Fab-H-2Db/GP33. Dans le cas de souris infectées par le virus de la grippe, la métastatisation de mélanomes pulmonaires exprimant l'antigène HER-2 est inhibée par la réponse anti-virale spécifique du complexe H-2Db/NP366, après pré-incubation des cellules tumorales avec des conjugés anti-Her2 FabxH-2Db/NP366. Dans le dernier chapitre, la liaison covalente du peptide GP33 dans le complexe H-2Db a amélioré la stabilité des conjugés correspondants et a permis le traitement systémique de souris greffées avec des tumeurs exprimant l'ACE et infectées par le LCMV. L'ensemble de ces résultats sont encourageant pour l'application de cette strategie en clinique. De tels conjugués pourraient être employés seuls ou en combinaison avec des protocols d'immunisation peptidique anti-tumoral. Résumé pour un large public Dans les pays industrialisés, le cancer se situe au deuxième rang des causes de mortalité après les maladies cardiovasculaires. Les principaux traitement de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches mises en oeuvre pour la lutte contre le cancer. Elle peut être humorale, et s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la proliferation des cellules tumorales exprimant l'antigène. Certains sont utilisés en clinique pour le traitement de lymphomes, de carcinomes de l'ovaire et du sein ou encore de carcinomes metastatiques du côlon. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements exigent souvent d'être combiner avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et reposer sur une démarche de type vaccinal, consistant à générer des lymphocytes T cytotoxiques (cytotoxic T lymphocytes :CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Or les cellules tumorales ne presentent pas efficacement les peptides antigèniques, car elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des antigènes d'histocompatibilité de classe I, des molécules d'adhésion et des cytokines costimulatrices, et par une faible expression des antigènes associés aux tumeurs. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL specifiquement dirigés contre des antigens tumoraux, les régressions tumorales obtenus grace à ces vaccinations sont relativement rares. Alors que chez les personnes atteintes du cancer on observe l'instauration d'une tolérance immunitaire vis-à-vis de la tumeur, à l'inverse, notre systeme immunitaire reste parfaitement capable de combattre des infection virales classiques, tels que la grippe, qui font aussi appel à une réponse T cytotoxique. Notre groupe de recherche a donc eu l'idee de développer une nouvelle approche thérapeutique où une réponse immunitaire anti-virale très efficace serait redirigée vers les tumeurs par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons chimiquement couplés des fragments d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, à des CMH I portant un peptide viral antigénique. Les cellules tumorales, ciblées par le fragment anticorps et couvertes d' antigènes viraux présentés par des molécules de CMH I, peuvent ainsi tromper les lymphocytes cytotoxiques anti-viraux qui vont détruire les cellules tumorales comme si elles étaient infectées par le virus. Suite à des résultats prometteurs obtenus in vitro avec différents conjugués anticorps-CMH humain de type HLA.A2/peptide Flu, le but du projet était de tester in vivo des conjugués anticorps-CMH I murins sur des modèles expérimentaux de souris. Tout d'abord, des souris transgéniques pour un recepteur T specifique du peptide ova, puis des transferts adoptifs de ces cellules T specifiques dans des souris immunocompétentes, ont été choisi comme modèle de haute fréquence des cellules T spécifiques, et ont permi de valider le principe de la strategie in vivo. Puis, deux modèles viraux ont été elaboré avec le virus LCMV et le virus Influenza, pour réorienter des réponses antivirales naturelles vers les tumeurs grâce à des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré la grande capacité de nos conjugués à rediriger des réponses cytotoxiques vers les tumeurs et inhiber la croissance de tumeurs syngénéiques sous cutanés et pulmonaires. Ces résultats d'inhibition tumorales obtenus dans des souris immunocompétentes, grâce à l'injection de conjugués anticorps xCMH/peptide et réorientant deux réponses antivirales différentes vers deux modèles tumoraux syngeneiques, sont encourageant pour l'application de cette nouvelle stratégie en clinique.

Association of the hemochromatosis gene with pazopanib-induced transaminase elevation in renal cell carcinoma.

BACKGROUND & AIMS: Pazopanib has demonstrated clinical benefit in patients with advanced renal cell carcinoma (RCC) and is generally well tolerated. However, transaminase elevations have commonly been observed. This 2-stage study sought to identify genetic determinants of alanine transaminase (ALT) elevations in pazopanib-treated white patients with RCC.¦METHODS: Data from two separate clinical studies were used to examine the association of genetic polymorphisms with maximum on-treatment ALT levels.¦RESULTS: Of 6852 polymorphisms in 282 candidate genes examined in an exploratory dataset of 115 patients, 92 polymorphisms in 40 genes were significantly associated with ALT elevation (p<0.01). Two markers (rs2858996 and rs707889) in the HFE gene, which are not yet known to be associated with hemochromatosis, showed evidence for replication. Because of multiple comparisons, there was a 12% likelihood the replication occurred by chance. These two markers demonstrated strong linkage disequilibrium (r(2)=0.99). In the combined dataset, median (25-75th percentile) maximum ALT values were 1.2 (0.7-1.9), 1.1 (0.8-2.5), and 5.4 (1.9-7.6)×ULN for rs2858996 GG (n=148), GT (n=82), and TT (n=1 2) genotypes, respectively. All 12 TT patients had a maximum ALT>ULN, and 8 (67%) had ALT≥3×ULN. The odds ratio (95% CI) for ALT≥3×ULN for TT genotype was 39.7 (2.2-703.7) compared with other genotypes. As a predictor of ALT≥3×ULN, the TT genotype had a negative predictive value of 0.83 and positive predictive value of 0.67. No TT patients developed liver failure.¦CONCLUSIONS: The rs2858996/rs707889 polymorphisms in the HFE gene may be associated with reversible ALT elevation in pazo-panib-treated patients with RCC.

Efficient T cell activation requires an optimal dwell-time of interaction between the TCR and the pMHC complex.

Cytotoxic T cell (CTL) activation by antigen requires the specific detection of peptide-major histocompatibility class I (pMHC) molecules on the target-cell surface by the T cell receptor (TCR). We examined the effect of mutations in the antigen-binding site of a Kb-restricted TCR on T cell activation, antigen binding and dissociation from antigen.These parameters were also examined for variants derived from a Kd-restricted peptide that was recognized by a CTL clone. Using these two independent systems, we show that T cell activation can be impaired by mutations that either decrease or increase the binding half-life of the TCR-pMHC interaction. Our data indicate that efficient T cell activation occurs within an optimal dwell-time range of TCR-pMHC interaction. This restricted dwell-time range is consistent with the exclusion of either extremely low or high affinity T cells from the expanded population during immune responses.

Analysis of viral- and tumor antigen-specific CD4 T cell responses in healthy donors and melanoma patients

Résumé Des tentatives pour développer des traitements anti-cancéreux basés sur l'utilisation d'antigènes tumoraux ont commencé il y a plus de 10 ans. Depuis quelques années, un certain intérêt s'est portée sur une sous-population particulière des cellules du système immunitaire, les lymphocytes T CD4. Ces cellules jouent un rôle central dans les réponses immunitaires tant contre les virus que contre les cellules tumorales. Comme d'autres lymphocytes T, ces cellules sont activées de manière spécifique en reconnaissant un morceau d'antigène, appelé peptide. Ces peptides proviennent soit de protéines des cellules de l'hôte, soit des protéines étrangères (virus ou bactéries) soit de cellules transformées (cellules tumorales) et sont présentés aux lymphocytes T par des molécules du soi appelées CMH (complexe majeur d'histocompatibilité). Dans le cas des lymphocytes T CD4, ces molécules sont plus précisément des molécules du CMH de classe II (CMH II). Mis à part l'intérêt porté aux réponses médiées par les lymphocytes T cytotoxiques, un intérêt croissant pour les lymphocytes T CD4 s'est développé à cause de la place centrale qu'occupent ces cellules dans les réponses immunitaires. L'identification d'épitopes présentés par des molécules du CMH de classe II dérivés d'un grand nombre d'antigènes tumoraux, ainsi que le développement de techniques permettant de suivre les réponses immunitaires, offre des opportunités pour étudier de manière quantitative et qualitative les lymphocytes T CD4 spécifiques pour un antigène particulier chez des patients cancéreux. De plus, ces épitopes permettent d'induire des réponses médiées par les lymphocytes T CD4 et CD8 chez ces mêmes patients. Dans ce travail, notre premier but était de valider l'utilisation de multimères formés par des complexes peptide:molécules de CMH de class II (pCMH II) pour quantifier la réponse des cellules T CD4 dirigée contre l'épitope HA307-319 dérivé de la protéine hémaglutinine du virus de la grippe et présenté par HLA-DRB1*0401. En analysant des échantillons provenant de volontaires sains ayant reçus un vaccin contre la grippe, nous avons pu démontrer une expansion et une activation transitoires des lymphocytes T CD4 spécifiques pour le peptide HA307-319 après vaccination. De plus, les multimères pCMH II nous ont permis d'analyser plus en détails hétérogénéité des cellules T CD4 spécifiques pour le peptide HA307-319 présents dans le sang périphérique d'individus sains. Par la suite, notre but a été d'analyser les réponses des lymphocytes T CD4 spécifiques pour l'antigène Melan-A chez des patients atteints de mélanome métastatique. Nous avons tout d'abord démontré la présence de cellules T CD4 spécifiques pour l'épitope Melan-A51-73, présenté par HLA-DRBl*0401, qui avait déjà été préalablement décrit. Ensuite, nous avons décrit et caractérisé 2 nouveaux peptides issus de Melan-A qui sont présentés aux cellules T CD4 par différentes molécules du CMH de clans II. Des cellules spécifiques pour ces deux épitopes ont été trouvées chez 9/ 16 patients analysés. De plus, des multimères pCMH II chargés avec un des épitopes nous ont permis de détecter ex vivo des lymphocytes T CD4 spécifiques pour Melan-A dans le sang périphérique d'un patient atteint de mélanome. Mis ensemble, tous ces résultats suggèrent une potentielle utilisation des multimères pCMH II pour analyser en détail les lymphocytes T CD4 spécifiques d'antigènes définis. Cependant, le suivi ex vivo de telles cellules ne semble être possible que dans des cas bien particuliers. Néanmoins, les nouveaux épitopes issus de Melan-A et présentés par des molécules du CMH de classe II que nous avons décrits dans cette étude aideront à étudier plus en détails les lymphocytes T CD4 spécifiques pour Melan-A chez des patients atteints de mélanome, un sujet d'étude sur lequel peu de résultats sont à ce jour disponibles. Summary Attempts to develop cancer vaccines based on molecularly defined tumorassociated antigens were initiated more than 10 years ago. Apart from CTLmediated anti-tumor immunity, interests are. now focused on CD4 T cells that are central players of immune responses. The identification of MHC class-II-restricted epitopes from numerous tumor antigens together with the development of monitoring tools offers the opportunity to quantitatively and qualitatively study antigen-specific CD4 T lymphocytes in cancer patients and to induce both CTL and T helper responses in cancer patients. In this work, we first aimed at validating the use of peptide:MHC class II complex (pMHC II) multimers to quantitate the CD4 T cell response against the hemagglutinin-derived epitope HAso~-si9 from influenza virus presented by HLA-DRBl*0401. By analysing samples from healthy volunteers vaccinated with ananti-influenza vaccine, we could demonstrate a transient expansion and activation of HA-specific CD4 T cells after treatment. Moreover, pMHC II multimers helped us to study the heterogeneity of HAspecific CD4 T cells found in peripheral blood of healthy individuals. Then, we aimed to analyse Melan-A-specific CD4 T cell responses in metastatic melanoma patients. We first demonstrated the presence of CD4 T cells specific for the previously described Melan-A51_73 epitope presented by HLA-DRB 1 *0401 in peripheral blood of those patients. Second, we described and characterised 2 new Melan-A-derived peptides that are presented by different MHC II molecules to CD4 T cells. Specific cells for these epitopes were found in 9/ 16 rnelánoma patients analysed. In addition, pMHC II multimers loaded with one of the two epitopes allowed us to detect ex vivo Melan-A-specific CD4 T cells in peripheral blood of a melanoma patient. Together, these results suggest a potential use of pMHC II multimers in analysing in detail antigen-specific CD4 T cells. However, ex vivo monitoring of such cells will be possible only in particular conditions. Nevertheless, the new Melan-A-derived MHC II-restricted epitopes described here will help to study in more detail Melan-A-specific CD4 T cells in melanoma patients, a field where only scarce data are available.

Impaired natural killing of MHC class I-deficient targets by NK cells expressing a catalytically inactive form of SHP-1.

NK cell function is negatively regulated by MHC class I-specific inhibitory receptors. Transduction of the inhibitory signal involves protein tyrosine phosphatases such as SHP-1 (SH2-containing protein tyrosine phosphatase-1). To investigate the role of SHP-1 for NK cell development and function, we generated mice expressing a catalytically inactive, dominant-negative mutant of SHP-1 (dnSHP-1). In this paper we show that expression of dnSHP-1 does not affect the generation of NK cells even though MHC receptor-mediated inhibition is partially impaired. Despite this defect, these NK cells do not kill syngeneic, normal target cells. In fact dnSHP-1-expressing NK cells are hyporesponsive toward MHC-deficient target cells, suggesting that non-MHC-specific NK cell activation is significantly reduced. In contrast, these NK cells mediate Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity and prevent the engraftment with beta2-microglobulin-deficient bone marrow cells. A similar NK cell phenotype is observed in viable motheaten (mev) mice, which show reduced SHP-1 activity due to a mutation in the Shp-1 gene. In addition, NK cells in both mouse strains show a tendency to express more inhibitory MHC-specific Ly49 receptors. Our results demonstrate the importance of SHP-1 for the generation of functional NK cells, which are able to react efficiently to the absence of MHC class I molecules from normal target cells. Therefore, SHP-1 may play an as-yet-unrecognized role in some NK cell activation pathways. Alternatively, a reduced capacity to transduce SHP-1-dependent inhibitory signals during NK cell development may be compensated by the down-modulation of NK cell triggering pathways.

MHC class I-related chain A conjugated to antitumor antibodies can sensitize tumor cells to specific lysis by natural killer cells.

PURPOSE: As a first step for the development of a new cancer immunotherapy strategy, we evaluated whether antibody-mediated coating by MHC class I-related chain A (MICA) could sensitize tumor cells to lysis by natural killer (NK) cells. EXPERIMENTAL DESIGN: Recombinant MICA (rMICA) was chemically conjugated to Fab' fragments from monoclonal antibodies specific for tumor-associated antigens, such as carcinoembryonic antigen, HER2, or CD20. RESULTS: Flow cytometry analysis showed an efficient coating of MICA-negative human cancer cell lines with the Fab-rMICA conjugates. This was strictly dependent on the expression of the appropriate tumor-associated antigens in the target cells. Importantly, preincubation of the tumor cells with the appropriate Fab-rMICA conjugate resulted in NK cell-mediated tumor cell lysis. Antibody blocking of the NKG2D receptor in NK cells prevented conjugate-mediated tumor cell lysis. CONCLUSIONS: These results open the way to the development of immunotherapy strategies based on antibody-mediated targeting of MICA.

Interactions of Ly49 family receptors with MHC class I ligands in trans and cis.

The Ly49A NK cell receptor interacts with MHC class I (MHC-I) molecules on target cells and negatively regulates NK cell-mediated target cell lysis. We have recently shown that the MHC-I ligand-binding capacity of the Ly49A NK cell receptor is controlled by the NK cells' own MHC-I. To see whether this property was unique to Ly49A, we have investigated the binding of soluble MHC-I multimers to the Ly49 family receptors expressed in MHC-I-deficient and -sufficient C57BL/6 mice. In this study, we confirm the binding of classical MHC-I to the inhibitory Ly49A, C and I receptors, and demonstrate that detectable MHC-I binding to MHC-I-deficient NK cells is exclusively mediated by these three receptors. We did not detect significant multimer binding to stably transfected or NK cell-expressed Ly49D, E, F, G, and H receptors. Yet, we identified the more distantly related Ly49B and Ly49Q, which are not expressed by NK cells, as two novel MHC-I receptors in mice. Furthermore, we show using MHC-I-sufficient mice that the NK cells' own MHC-I significantly masks the Ly49A and Ly49C, but not the Ly49I receptor. Nevertheless, Ly49I was partly masked on transfected tumor cells, suggesting that the structure of Ly49I is compatible in principal with cis binding of MHC-I. Finally, masking of Ly49Q by cis MHC-I was minor, whereas masking of Ly49B was not detected. These data significantly extend the MHC-I specificity of Ly49 family receptors and show that the accessibility of most, but not all, MHC-I-binding Ly49 receptors is modulated by the expression of MHC-I in cis.

Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.