Immunotherapy for the treatment of poor prognosis cancers

Cancer is amongst the leading causes of death worldwide and the number one cause in the developed world. Every year there are close to 10 million cancer related deaths and this corresponds to hundreds of millions of euro in health care costs and lost productivity, placing a substantial drain on the economy. The efficacy of traditional treatment modalities for cancer therapy, such as surgery, radiotherapy and chemotherapy has plateaued, and while they are undoubtedly effective at prolonging patient lifespan, there is a high rate of adverse side effects and fatal reoccurrence. Currently, there is a huge amount of interest in the areas of cancer immunosurveillance and cancer immuno-editing, which explain some of the complex interactions between the host immune system and cancer. If left unchecked, cancerous malignancies have the ability to generate an immunosuppressive microenvironment, effectively shielding themselves from elimination and promoting tumour growth and progression. To overcome this, the potential of the immune system must be harnessed and the work undertaken in this thesis sought to contribute to this goal. Focus was placed on using novel therapies, combining tumour ablation with immune-modulating antibodies to maximise tumour elimination in an immune dependent manner, to overcome immunosuppression and promote immune activation. Chapter 2 focuses on the use of ECT as a method of tumour ablation and its effects on the immune system. ECT proved to be effective at inhibiting the tumour growth both in vitro and in vivo, and conferred significant survival advantages in both small and large animal models. More importantly, ECT proved to cause tumour death in an immune dependent manner, displaying the hallmarks of Immunogenic Cell Death, increases in immune cell infiltration and generating tumour-specific immune responses. Chapter 3 focuses on combining ECT with immune checkpoint blockade inhibitors; anti- CTLA-4 and anti-PD-1. Both combinations proved to be effective at inhibiting both primary and distal tumour growth, indicating the generation of tumour specific immune responses and prolonged animal survival. In addition, the treatments caused increases in the levels of certain intra-tumoural immune cell subsets and modulated the cytokine profile of treated animals in a way that was favourable overall. Chapter 4 focuses on the combining ECT with an anti-iCOS agonist antibody, capable of causing immune co-stimulation. This novel combinational therapy proved to be the most effective by far, with a high cure rate achieved across a number of different in vivo tumour models. Total regression was seen in both primary and distal tumours, as well as spontaneous metastases, with the tumour specific immune response generated conferring total protection to animals on tumour rechallenge. Overall the data presented here adds further insight into the area of cancer immunotherapy with some of the novel combinational therapies demonstrating substantial clinic potential.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

CHARACTERIZATION OF TOBACCO MOSAIC VIRUS DIRECTED REPROGRAMMING OF PHLOEM GENE EXPRESSION TO PROMOTE VIRAL PHLOEM LOADING AND SYSTMEIC MOVEMENT

Vascular phloem loading has long been recognized as an essential step in the establishment of a systemic virus infection. Yet little is known about this process and the mechanisms that control it. In this study, an interaction between the replication protein of Tobacco mosaic virus (TMV) and phloem specific auxin/indole acetic acid (Aux/IAA) transcriptional regulators was found to modulate virus phloem loading. Promoter expression studies show TMV 126/183 kDa interacting Aux/IAAs predominantly express and accumulate within the nuclei of phloem companion cells (CC). Furthermore, CC Aux/IAA nuclear localization is disrupted upon infection with an interacting virus but not during infection with a non-interacting virus. In situ analysis of virus spread shows the inability of TMV variants to disrupt Aux/IAA CC nuclear localization correlates with a reduced ability to load into the vascular tissue. Subsequent systemic movement assays also demonstrate that a virus capable of disrupting Aux/IAA localization is significantly more competitive at systemic movement than a non-interacting virus. Similarly, CC expression and over-accumulation of a degradation-resistant-interacting Aux/IAA protein was found to selectively inhibit TMV accumulation and phloem loading. Transcriptional expression studies demonstrate a role for interacting Aux/IAA proteins in the regulation of salicylic acid and jasmonic acid dependent host defense responses as well as virus specific movement factors including pectin methylesterase that are involved in regulating plasmodesmata size exclusion limits and promoting virus cell-to-cell movement. Further characterization of the phloem environment was done using two phloem specific promoters (pSUC2 and pSULTR2;2) to generate epitope-tagged polysomal-RNA complexes. Immuno-purification using the epitope tag allowed us to obtain mRNAs bound to polysomes (the translatome) specifically in phloem tissue. We found the phloem translatome is uniquely altered during TMV infection with 90% and 88% of genes down regulated in the pSUC2 and pSULTR2;2 phloem translatomes, compared to 31% of genes down regulated in the whole plant p35S translatome. Transcripts down regulated in phloem include genes involved in callose deposition at plasmodesmata, host defense responses, and RNA silencing. Combined, these findings indicate TMV reprograms gene expression within the vascular phloem as a means to enhance phloem loading and systemic spread.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Exploring the Function and Regulation of Arabidopsis EIN2 in Ethylene Signaling

Ethylene is an essential plant hormone involved in nearly all stages of plant growth and development. EIN2 (ETHYLENE INSENSITIVE2) is a master positive regulator in the ethylene signaling pathway, consisting of an N-terminal domain and a C-terminal domain. The EIN2 N-terminal domain localizes to the endoplasmic reticulum (ER) membrane and shows sequence similarity to Nramp metal ion transporters. The cytosolic C-terminal domain is unique to plants and signals downstream. There have been several major gaps in our knowledge of EIN2 function. It was unknown how the ethylene signal gets relayed from the known upstream component CTR1 (CONSTITUTIVE RESPONSE1) a Ser/Thr kinase at the ER, to EIN2. How the ethylene signal was transduced from EIN2 to the next downstream component transcription factor EIN3 (ETHYLENE INSENSITIVE3) in the nucleus was also unknown. The N-terminal domain of EIN2 shows homology to Nramp metal ion transporters and whether EIN2 can also function as a metal transporter has been a question plaguing the ethylene field for almost two decades. Here, EIN2 was found to interact with the CTR1 protein kinase, leading to the discovery that CTR1 phosphorylates the C-terminal domain of EIN2 in Arabidopsis thaliana. Using tags at the termini of EIN2, it was deduced that in the presence of ethylene, the EIN2 C-terminal domain is cleaved and translocates into the nucleus, where it could somehow activate downstream ethylene responses. The EIN2 C-terminal domain interacts with nuclear proteins, RTE3 and EER5, which are components of the TREX-2 mRNA export complex, although the role of these interactions remains unclear. The EIN2 N-terminal domain was found to be capable of divalent metal transport when expressed in E. coli and S. cerevisiae leading to the hypothesis that metal transport plays a role in ethylene signaling. This hypothesis was tested using a novel missense allele, ein2 G36E, substituting a highly conserved residue that is required for metal transport in Nramp proteins. This G36E substitution did not disrupt metal ion transport of EIN2, but the ethylene insensitive phenotype of this mutant indicates that the EIN2 N-terminal domain is important for positively regulating the C-terminal domain. The defect of the ein2 G36E mutant does not prevent proper expression or subcellular localization, but might affect protein modifications. The ein2 G36E allele is partially dominant, mostly likely displaying haploinsufficiency. Overexpression of the EIN2 N-terminal domain in the ein2 G36E mutant did not rescue ethylene insensitivity, suggesting the N-terminal domain functions in cis to regulate the C-terminal domain. These findings advance our knowledge of EIN2, which is critical to understanding ethylene signaling.

Physical and environmental determinants

This chapter describes physical and environmental determinants of the health of Australians, providing a background to the development of successful public health activity. Health determinants are the biomedical, genetic, behavioural, socio-economic and environmental factors that impact on health and wellbeing. These determinants can be influenced by interventions and by resources and systems (AIHW 2006). Many factors combine to affect the health of individuals and communities. People’s circumstances and the environment determine whether the population is healthy or not. Factors such as where people live, the state of their environment, genetics, their education level and income, and their relationships with friends and family, all are likely to impact on their health. The determinants of population health reflect the context of people’s lives; however, people are very unlikely to be able to control many of these determinants (WHO 2007). This chapter and Chapter 6 illustrate how various determinants can relate to, and influence other determinants, as well as health and wellbeing. We believe it is particularly important to provide an understanding of determinants and their relationship to health and illness in order to provide a structure in which a broader conceptualisation of health can be placed. Determinants of health do not exist in isolation from one another. More frequently they work together in a complex system. What is clear to anyone who works in public health is that many factors impact on the health and wellbeing of people. For example, in the next chapter we discuss factors such as living and working conditions, social support, ethnicity and class, income, housing, work stress and the impact of education on the length and quality of people’s lives. In 1974, the influential ‘Lalonde Report’ (Lalonde 1974) described key factors that impact on health status. These factors included lifestyle, environment, human biology and health services. Taking a population health approach builds on the Lalonde Report, and recognises that a range of factors, such as living and working conditions and the distribution of wealth in society, interact to determine the health status of a population. Tackling health determinants has great potential to reduce the burden of disease and promote the health of the general population. In summary, we understand very clearly now that health is determined by the complex interactions between individual characteristics, social and economic factors and physical environments; the entire range of factors that impact on health must be addressed if we are to make significant gains in population health, and focussing interventions on the health of the population or significant sub-populations can achieve important health gains. In 2007, the Australian Government included in the list of National Health Priority Areas the following health issues: cancer control, injury prevention and control, cardiovascular health, diabetes mellitus, mental health, asthma, and arthritis and musculoskeletal conditions. The National Health Priority Areas set the agenda for the Commonwealth, States and Territories, Local Governments and not-for-profit organisations to place attention on those areas considered to be the major foci for action. Many of these health issues are discussed in this chapter and the following chapter.