Redirection of T cells by delivering a transgenic mouse-derived MDM2 tumor antigen-specific TCR and its humanized derivative is governed by the CD8 coreceptor and affects natural human TCR expression.

Retroviral transfer of T cell antigen receptor (TCR) genes selected by circumventing tolerance to broad tumor- and leukemia-associated antigens in human leukocyte antigen (HLA)-A*0201 (A2.1) transgenic (Tg) mice allows the therapeutic reprogramming of human T lymphocytes. Using a human CD8 x A2.1/Kb mouse derived TCR specific for natural peptide-A2.1 (pA2.1) complexes comprising residues 81-88 of the human homolog of the murine double-minute 2 oncoprotein, MDM2(81-88), we found that the heterodimeric CD8 alpha beta coreceptor, but not normally expressed homodimeric CD8 alpha alpha, is required for tetramer binding and functional redirection of TCR- transduced human T cells. CD8+T cells that received a humanized derivative of the MDM2 TCR bound pA2.1 tetramers only in the presence of an anti-human-CD8 anti-body and required more peptide than wild-type (WT) MDM2 TCR+T cells to mount equivalent cytotoxicity. They were, however, sufficiently effective in recognizing malignant targets including fresh leukemia cells. Most efficient expression of transduced TCR in human T lymphocytes was governed by mouse as compared to human constant (C) alphabeta domains, as demonstrated with partially humanized and murinized TCR of primary mouse and human origin, respectively. We further observed a reciprocal relationship between the level of Tg WT mouse relative to natural human TCR expression, resulting in T cells with decreased normal human cell surface TCR. In contrast, natural human TCR display remained unaffected after delivery of the humanized MDM2 TCR. These results provide important insights into the molecular basis of TCR gene therapy of malignant disease.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Simultaneous CD8+ T cell responses to multiple tumor antigen epitopes in a multipeptide melanoma vaccine.

The recent identification and molecular characterization of tumor-associated antigens recognized by tumor-reactive CD8+ T lymphocytes has led to the development of antigen-specific immunotherapy of cancer. Among other approaches, clinical studies have been initiated to assess the in vivo immunogenicity of tumor antigen-derived peptides in cancer patients. In this study, we have analyzed the CD8+ T cell response of an ocular melanoma patient to a vaccine composed of four different tumor antigen-derived peptides administered simultaneously in incomplete Freund's adjuvant (IFA). Peptide NY-ESO-1(157-165) was remarkably immunogenic and induced a CD8+ T cell response detectable ex vivo at an early time point of the vaccination protocol. A CD8+ T cell response to the peptide analog Melan-A(26-35 A27L) was also detectable ex vivo at a later time point, whereas CD8+ T cells specific for peptide tyrosinase(368-376) were detected only after in vitro peptide stimulation. No detectable CD8+ T cell response to peptide gp100(457-466) was observed. Vaccine-induced CD8+ T cell responses declined rapidly after the initial response but increased again after further peptide injections. In addition, tumor antigen-specific CD8+ T cells were isolated from a vaccine injection site biopsy sample. Importantly, vaccine-induced CD8+ T cells specifically lysed tumor cells expressing the corresponding antigen. Together, these data demonstrate that simultaneous immunization with multiple tumor antigen-derived peptides can result in the elicitation of multiepitope-directed CD8+ T cell responses that are reactive against antigen-expressing tumors and able to infiltrate antigen-containing peripheral sites.

CD28/CTLA4-B7 interaction is dispensable for T cell stimulation by mouse mammary tumor virus superantigen but not for B cell differentiation and virus dissemination.

B cells are the primary targets of infection for mouse mammary tumor virus (MMTV). However, for productive retroviral infection, T cell stimulation through the virally-encoded superantigen (SAG) is necessary. It activates B cells and leads to cell division and differentiation. To characterize the role of B cell differentiation for the MMTV life cycle, we studied the course of infection in transgenic mice deficient for CD28/CTLA4-B7 interactions (mCTLA4-H gamma 1 transgenic mice). B cell infection occurred in CTLA4-H gamma 1 transgenic mice as integrated proviral DNA could be detected in draining lymph node cells early after infection by polymerase chain reaction analysis. In mice expressing I-E, B cells were able to present the viral SAG efficiently to V beta 6+ T cells. These cells expanded specifically and were triggered to express the activation marker CD69. Further stages of progression of infection appeared to be defective. Kinetics experiments indicated that T and B cell stimulation stopped more rapidly than in control mice. B cells acquired an activated CD69+ phenotype, were induced to produce IgM but only partially switched to IgG secretion. Finally, the dissemination of infected cells to other lymph nodes and spleen was reduced and the peripheral deletion of V beta 6+ T cells was minimal. In contrast, in mice lacking I-E, T cell stimulation was also impaired and B cell activation undetectable. These data implicate B7-dependent cellular interactions for superantigenic T cell stimulation by low-affinity TCR ligands and suggest a role of B cell differentiation in viral dissemination and peripheral T cell deletion.

Amino acid identity and/or position determines the proteasomal cleavage of the HLA-A*0201-restricted peptide tumor antigen MAGE-3271-279.

The proteasome plays a crucial role in the proteolytic processing of antigens presented to T cells in the context of major histocompatibility complex class I molecules. However, the rules governing the specificity of cleavage sites are still largely unknown. We have previously shown that a cytolytic T lymphocyte-defined antigenic peptide derived from the MAGE-3 tumor-associated antigen (MAGE-3(271-279), FLWGPRALV in one-letter code) is not presented at the surface of melanoma cell lines expressing the MAGE-3 protein. By using purified proteasome and MAGE-3(271-279) peptides extended at the C terminus by 6 amino acids, we identified predominant cleavages after residues 278 and 280 but no detectable cleavage after residue Val(279), the C terminus of the antigenic peptide. In the present study, we have investigated the influence of Pro(275), Leu(278), and Glu(280) on the proteasomal digestion of MAGE-3(271-285) substituted at these positions. We show that positions 278 and 280 are major proteasomal cleavage sites because they tolerate most amino acid substitutions. In contrast, the peptide bond after Val(279) is a minor cleavage site, influenced by both distal and proximal amino acid residues.

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.

Induction of circulating tumor-reactive CD8+ T cells after vaccination of melanoma patients with the gp100 209-2M peptide.

Patients with stage I-III melanoma were vaccinated with the modified HLA-A2-binding gp100(209-2M)-peptide after complete surgical resection of their primary lesion and sentinel node biopsy. Cytoplasmic interferon-gamma production by freshly thawed peripheral blood mononuclear cells (direct ex vivo analysis) or by peripheral blood mononuclear cells subjected to 1 cycle of in vitro sensitization with peptide, interleukin-2, and interleukin-15 was measured following restimulation with the modified and native gp100 peptides, and also A2gp100 melanoma cell lines. Peptide-reactive and tumor-reactive T cells were detected in 79% and 66% of selected patients, respectively. Patients could be classified into 3 groups according to their vaccine-elicited T-cell responses. One group of patients responded only to the modified peptide used for immunization, whereas another group of patients reacted to both the modified and native gp100 peptides, but not to naturally processed gp100 antigen on melanoma cells. In the third group of patients, circulating CD8 T cells recognized A2gp100 melanoma cell lines and also both the modified and native peptides. T cells with a low functional avidity, which were capable of lysing tumor cells only if tumor cells were first pulsed by the exogenous administration of native gp100(209-217) peptide were identified in most patients. These results indicate that vaccination with a modified gp100 peptide induced a heterogeneous group of gp100-specific T cells with a spectrum of functional avidities; however, high avidity, tumor-reactive T cells were detected in the majority of patients.

Der Radioimmunoassay zur Ermittlung des carcinoembryonalen Antigens (CEA), seine Bedeutung und Limitierung während der postoperativen Kontrollperiode von Patienten mit colorectalem Carcino

Carcinoembryonic antigen (CEA) is a tumor marker defined by specific heterologous antisera. Elevated levels of circulating CEA can be detected by radioimmunoassay in most cases of colorectal carcinoma, depending on the degree of tumor spread. The fact that elevation of CEA level can also be observed in other types of carcinomas and in several nonmalignant conditions greatly limits the value of the CEA test for the early diagnosis of colorectal carcinomas. Repeated CEA measurements and their critical interpretation, however, appear to be of importance after tumor resection for the detection of tumor recurrence during the postoperative follow-up period.

Immune response to mouse mammary tumor virus in mice lacking the alpha/beta interferon or the gamma interferon receptor.

Mouse mammary tumor virus (MMTV) is a retrovirus which induces a strong immune response and a dramatic increase in the number of infected cells through the expression of a superantigen (SAg). Many cytokines are likely to be involved in the interaction between MMTV and the immune system. In particular, alpha/beta interferon (IFN-alpha/beta) and gamma interferon (IFN-gamma) exert many antiviral and immunomodulatory activities and play a critical role in other viral infections. In this study, we have investigated the importance of interferons during MMTV infection by using mice with a disrupted IFN-alpha/beta or IFN-gamma receptor gene. We found that the SAg response to MMTV was not modified in IFN-alpha/betaR(0/0) and IFN-gammaR(0/0) mice. This was true both for the early expansion of B and T cells induced by the SAg and for the deletion of SAg-reactive cells at later stages of the infection. In addition, no increase in the amount of proviral DNA was detected in tissues of IFN-alpha/betaR(0/0) and IFN-gammaR(0/0) mice, suggesting that interferons are not essential antiviral defense mechanisms during MMTV infection. In contrast, IFN-gammaR(0/0) mice had increased amounts of IL-4 mRNA and an altered usage of immunoglobulin isotypes with a reduced frequency of IgG2a- and IgG3-producing cells. This was associated with lower titers of virus-specific antibodies in serum early after infection, although efficient titers were reached later.

The tumor suppressor p16Ink4a regulates T lymphocyte survival.

In contrast to other cell cycle inhibitors, the tumor suppressor p16Ink4a is not detectable or expressed at very low levels in embryonic and adult mouse tissues, and therefore it has often been considered as a specialized checkpoint protein that does not participate in the control of normal cell cycle progression. However, Ink4a-/- mice possess increased thymus size and cellularity, thus suggesting the involvement of p16(Ink4a) in the control of thymocyte proliferation. In this study, we found increased numbers of CD8 and CD4 T lymphocytes in thymus and spleen from Ink4a-/- mice. Unexpectedly, this was not related to an increase in T-cell division rates, which were similar in lymphoid organs of Ink4a-/- and wild-type mice. In contrast, T-cell apoptosis rates were significantly decreased in thymus and spleen from Ink4a-/- mice. Moreover, whereas p16Ink4a-deficient and wild-type T cells were equally sensitive to Fas or TCR-mediated apoptosis, the former were clearly more resistant to apoptosis induced by oxidative stress or gamma irradiation. Our results indicate that p16Ink4a function is associated with T-cell apoptosis, and subsequently contributes to the control of T-cell population size in lymphoid organs.

Unmodified self antigen triggers human CD8 T cells with stronger tumor reactivity than altered antigen

Human cancer vaccines are often prepared with altered "analog" or "heteroclitic" antigens that have been optimized for HLA class I binding, resulting in enhanced immunogenicity. Here, we take advantage of CpG oligodeoxynucleotides as powerful vaccine adjuvants and demonstrate the induction of high T cell frequencies in melanoma patients, despite the use of natural (unmodified) tumor antigenic peptide. Compared with vaccination with analog peptide, natural peptide induced T cell frequencies that were approximately twofold lower. However, T cells showed superior tumor reactivity because of (i) increased functional avidity for natural antigen and (ii) enhancement of T cell activation and effector function. Thus, novel vaccine formulations comprising potent immune stimulators may allow to circumvent the need for modified antigens and can induce highly functional T cells with precise antigen specificity

Infectious minor lymphocyte stimulating (Mls) antigens.

Minor lymphocyte stimulating (Mls) antigens have profound effects on the murine immune system and have been very important for our current understanding of immune tolerance. It has recently been discovered that these Mls antigens are encoded in an open reading frame located in the 3' long terminal repeat of endogenous and infectious mouse mammary tumor viruses (MMTV). In this review we will discuss the effects of a novel infectious MMTV with properties of Mls-1a on the neonatal and adult immune system in comparison to the effects of endogenous Mtv-7 (Mls-1a).

A long, naturally presented immunodominant epitope from NY-ESO-1 tumor antigen: implications for cancer vaccine design.

The tumor antigen NY-ESO-1 is a promising cancer vaccine target. We describe here a novel HLA-B7-restricted NY-ESO-1 epitope, encompassing amino acids 60-72 (APRGPHGGAASGL), which is naturally presented by melanoma cells. The tumor epitope bound to HLA-B7 by bulging outward from the peptide-binding cleft. This bulged epitope was not an impediment to T-cell recognition, however, because four of six HLA-B7(+) melanoma patients vaccinated with NY-ESO-1 ISCOMATRIX vaccine generated a potent T-cell response to this determinant. Moreover, the response to this epitope was immunodominant in three of these patients and, unlike the T-cell responses to bulged HLA class I viral epitopes, the responding T cells possessed a remarkably broad TCR repertoire. Interestingly, HLA-B7(+) melanoma patients who did not receive the NY-ESO-1 ISCOMATRIX vaccine rarely generated a spontaneous T-cell response to this cryptic epitope, suggesting a lack of priming of such T cells in the natural anti-NY-ESO-1 response, which may be corrected by vaccination. Together, our results reveal several surprising aspects of antitumor immunity and have implications for cancer vaccine design.

Characterization of tumor antigen specific CD8+ T cells and semi-invariant Vα24/Vβ11 NKT cells in tumor invaded liver

Summary: Detailed knowledge on tumor antigen expression and specific immune cells is required for a rational design of immunotherapy for patients with tumor invaded liver. In this study, we confirmed that Cancer/Testis (CT) tumor-associated antigens are frequently expressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and searched for the presence of CD8+ T cells specific for these antigens. In 2/10 HLA-A2+ patients with HCC, we found that MAGE-A10 and/or SSX-2 specific CD8+ T cells naturally responded to the disease, since they were enriched in tumor lesions but not in non-tumoral liver. Isolated T cells specifically and strongly killed tumor cells in vitro, suggesting that these CTL were selected in vivo for high avidity antigen recognition, providing the rational for specific immunotherapy of HCC, based on immunization with CT antigens such as MAGE-Al 0 and SSX-2. Type 1 NKT cells express an invariant TCR α chain (Vα24.1α18, paired with Vβ11 in human) and share a specific reactivity to αGalactosylceramide (αGC) presented by CD1d. These cells can display paradoxical immuno-regulatory properties including strong anti-tumor effects upon αGC administration in murine models. To understand why NKT cells were not sufficiently protective against tumor development in patients with tumor invaded liver, we characterized the diversity of Vα24/Vβ11 NKT cells in healthy donors (HD) and cancer patients: NKT cells from HD and patients were generally diverse in terms of TCR β chain (Vβ11) variability and NKT cells from HD showed a variable recognition of αGC loaded CD 1 d multimers. Vα24/ Vβ11 NKT cells can be divided in 3 populations, the CD4, DN (CD4-/CD8-) and CD8 NKT cell subsets that show distinct ability of cytokine production. In addition, our functional analysis revealed that DN and CD8 subsets displayed a higher cytolytic potential and a weaker IFNγ release than the CD4 NKT cell subset. NKT cell subsets were variably represented in the blood of HD and cancer patients. However, HD with high NKT cell frequencies displayed an enrichment of the DN and CD8 subsets, and few of them were suggestive of an oligoclonal expansion in vivo. Comparable NKT cell frequencies were found between blood, non-tumoral liver and tumor of patients. In contrast, we identified a gradual enrichment of CD4 NKT cells from blood to the liver and to the tumor, together with a decrease of DN and CD8 NKT cell subsets. Most patient derived NKT cells were unresponsive upon αGalactosylceramide stimulation ex vivo; NKT cells from few patients displayed a weak responsiveness with different cytokine polarization. The NKT cell repertoire was thus different in tumor tissue, suggesting that CD4 NKT cells infiltrating tumors may be detrimental for protection against tumors and instead may favour the tumor growth/recurrence as recently reported in mice. Résumé en français scientifique : Afin de développer le traitement des patients porteurs d'une tumeur dans le foie par immunothérapie, de nouvelles connaissances sont requises concernant l'expression d'antigènes par les tumeurs et les cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes. Nous avons vérifié que des antigènes associés aux tumeurs, tels que les antigènes « Cancer-Testis » (CT), sont fréquemment exprimés par le carcinome hepatocéllulaire (CHC). La recherche de lymphocytes T CD8+ spécifiques (CTL) de ces antigènes a révélé que des CTL spécifiques de MAGE-A10 et/ou SSX-2 ont répondu naturellement à la tumeur chez 2/10 patients étudiés. Ces cellules étaient présentes dans les lésions tumorales mais pas dans le foie adjacent. De plus, ces CTL ont démontré une activité cytolytique forte et spécifique contre les cellules tumorales in vitro, ce qui suggère que ces CTL ont été sélectionnés pour une haute avidité de reconnaissance de l'antigène in vivo. Ces données fournissent une base pour l'immunothérapie spécifique du CHC, en proposant de cibler les antigènes CT tels que MAGE-A10 ou SSX-2. Les cellules NKT de type 1 ont une chaîne α de TCR qui est invariante (chez l'homme, Vα24Jα18, apparié avec Vβ11) et reconnaissent spécifiquement l'αGalactosylceramide (αGC) présenté par CD1d. Ces cellules ont des propriétés immuno¬régulatrices qui peuvent être parfois contradictoires et leur activation par l'αGC induit une forte protection anti-tumorale chez la souris: Afin de comprendre pourquoi ces cellules ne sont pas assez protectrices contre le développement des tumeurs dans le foie chez l'homme, nous avons étudié la diversité des cellules NKT Vα24/Vβ11 d'individus sains (IS) et de patients cancéreux. Les cellules NKT peuvent être sous-divisées en 3 populations : Les CD4, DN (CD4- /CD8-) ou CDS, qui ont la capacité de produire des cytokines différentes. Nos analyses fonctionnelles ont aussi révélé que les sous-populations DN et CD8 ont un potentiel cytolytique plus élevé et une production d'IFNγ plus faible que la sous-population CD4. Ces sous-populations sont représentées de manière variable dans le sang des IS ou des patients. Cependant, les IS avec un taux élevé de cellules NKT ont un enrichissement des sous- populations DN ou CDS, et certains suggèrent qu'il s'agit d'une expansion oligo-clonale in vivo. Les patients avaient des fréquences comparables de cellules NKT entre le sang, le foie et la tumeur. Par contre, la sous-population CD4 était progressivement enrichie du sang vers le foie et la tumeur, tandis que les sous-populations DN ou CD8 était perdues. La plupart des cellules NKT des patients ne réagissaient pas lors de stimulation avec l'αGC ex vivo et les cellules NKT de quelques patients répondaient faiblement et avec des polarisations de cytokines différentes. Ces données suggèrent que les cellules NKT CD4, prédominantes dans les tumeurs, sont inefficaces pour la lutte anti-tumorale et pourraient même favoriser la croissance ou la récurrence tumorale. Donc, une mobilisation spécifique des cellules NKT CD4 négatives par immunothérapie pourrait favoriser l'immunité contre des tumeurs chez l'homme. Résumé en français pour un large public Au sein des globules blancs, les lymphocytes T expriment un récepteur (le TCR), qui est propre à chacun d'entre eux et leur permet d'accrocher de manière très spécifique une molécule appelée antigène. Ce TCR est employé par les lymphocytes pour inspecter les antigènes associés avec des molécules présentatrices à la surface des autres cellules. Les lymphocytes T CD8 reconnaissent un fragment de protéine (ou peptide), qui est présenté par une des molécules du Complexe Majeur d'Histocompatibilité de classe I et tuent la cellule qui présente ce peptide. Ils sont ainsi bien adaptés pour éliminer les cellules qui présentent un peptide issu d'un virus quand la cellule est infectée. D'autres cellules T CD8 reconnaissent des peptides comme les antigènes CT, qui sont produits anormalement par les cellules cancéreuses. Nous avons confirmé que les antigènes CT sont fréquemment exprimés par le cancer du foie. Nous avons également identifié des cellules T CD8 spécifiques d'antigènes CT dans la tumeur, mais pas dans le foie normal de 2 patients sur 10. Cela signifie que ces lymphocytes peuvent être naturellement activés contre la tumeur et sont capables de la trouver. De plus les lymphocytes issus d'un patient ont démontré une forte sensibilité pour reconnaître l'antigène et tuent spécifiquement les cellules tumorales. Les antigènes CT représentent donc des cibles intéressantes qui pourront être intégrés dans des vaccins thérapeutiques du cancer du foie. De cette manière, les cellules T CD8 du patient lui-même pourront être induites à détruire de manière spécifique les cellules cancéreuses. Un nouveau type de lymphocytes T a été récemment découvert: les lymphocytes NKT. Quand ils reconnaissent un glycolipide présenté par la molécule CD1d, ils sont capables, de manière encore incomprise, d'initier, d'augmenter, ou à l'inverse d'inhiber la défense immunitaire. Ces cellules NKT ont démontré qu'elles jouent un rôle important dans la défense contre les tumeurs et particulièrement dans le foie des souris. Nous avons étudié les cellules NKT de patients atteints d'une tumeur dans le foie, afin de comprendre pourquoi elles ne sont pas assez protectrice chez l'homme. Les lymphocytes NKT peuvent être sous-divisés en 3 populations: Les CD4, les DN (CD4-/CD8-) et les CD8. Ces 3 classes de NKT peuvent produire différents signaux chimiques appelés cytokines. Contrairement aux cellules NKT DN ou CDS, seules les cellules NKT CD4 sont capables de produire des cytokines qui sont défavorables pour la défense anti-tumorale. Par ailleurs nous avons trouvé que les cellules NKT CD4 tuent moins bien les cellules cancéreuses que les cellules NKT DN ou CD8. L'analyse des cellules NKT, fraîchement extraites du sang, du foie et de la tumeur de patients a révélé que les cellules NKT CD4 sont progressivement enrichies du sang vers le foie et la tumeur. La large prédominance des NKT CD4 à l'intérieur des tumeurs suggère que, chez l'homme, ces cellules sont inappropriées pour la lutte anti-tumorale. Par ailleurs, la plupart des cellules NKT de patients n'étaient pas capables de produire des cytokines après stimulation avec un antigène. Cela explique également pourquoi ces cellules ne protègent pas contre les tumeurs dans le foie.

Melan-A-specific cytotoxic T cells are associated with tumor regression and autoimmunity following treatment with anti-CTLA-4.

PURPOSE: Ipilimumab is a monoclonal antibody that blocks the immune-inhibitory interaction between CTL antigen 4 (CTLA-4) and its ligands on T cells. Clinical trials in cancer patients with ipilimumab have shown promising antitumor activity, particularly in patients with advanced melanoma. Often, tumor regressions in these patients are correlated with immune-related side effects such as dermatitis, enterocolitis, and hypophysitis. Although these reactions are believed to be immune-mediated, the antigenic targets for the cellular or humoral immune response are not known. EXPERIMENTAL DESIGN: We enrolled patients with advanced melanoma in a phase II study with ipilimumab. One of these patients experienced a complete remission of his tumor. The specificity and functional properties of CD8-positive T cells in his peripheral blood, in regressing tumor tissue, and at the site of an immune-mediated skin rash were investigated. RESULTS: Regressing tumor tissue was infiltrated with CD8-positive T cells, a high proportion of which were specific for Melan-A. The skin rash was similarly infiltrated with Melan-A-specific CD8-positive T cells, and a dramatic (>30-fold) increase in Melan-A-specific CD8-positive T cells was apparent in peripheral blood. These cells had an effector phenotype and lysed Melan-A-expressing tumor cells. CONCLUSIONS: Our results show that Melan-A may be a major target for both the autoimmune and antitumor reactions in patients treated with anti-CTLA-4, and describe for the first time the antigen specificity of CD8-positive T cells that mediate tumor rejection in a patient undergoing treatment with an anti-CTLA-4 antibody. These findings may allow a better integration of ipilimumab into other forms of immunotherapy.