IL-6 activated integrated BATF/IRF4 functions in lymphocytes are T-bet-independent and reversed by subcutaneous immunotherapy.

IL-6 plays a central role in supporting pathological TH2 and TH17 cell development and inhibiting the protective T regulatory cells in allergic asthma. TH17 cells have been demonstrated to regulate allergic asthma in general and T-bet-deficiency-induced asthma in particular. Here we found an inverse correlation between T-bet and Il-6 mRNA expression in asthmatic children. Moreover, experimental subcutaneous immunotherapy (SIT) in T-bet((-/-)) mice inhibited IL-6, IL-21R and lung TH17 cells in a setting of asthma. Finally, local delivery of an anti-IL-6R antibody in T-bet((-/-)) mice resulted in the resolution of this allergic trait. Noteworthy, BATF, crucial for the immunoglobulin-class-switch and TH2,TH17 development, was found down-regulated in the lungs of T-bet((-/-)) mice after SIT and after treatment with anti-IL-6R antibody, indicating a critical role of IL-6 in controlling BATF/IRF4 integrated functions in TH2, TH17 cells and B cells also in a T-bet independent fashion in allergic asthma.

Monitoring of innate and adaptive immune responses in the context of human immunotherapy

Summary1 SummaryCancer patients have a better clinical outcome when their tumours display marked infiltration by memory Τ cells. Moreover, the overrepresentation of Th1 gene signatures in primary tumours correlates with favourable prognosis. Thus, vaccination to induce Τ cells capable of infiltrating and eradicating the tumour seems a promising strategy for the treatment of cancer. Here, I monitored CD4 Τ cell responses in melanoma patients vaccinated with the long synthetic peptides Melan- A16-35(A27L) and NY-ESO-179.108. Most of the patients developed strong and diverse peptide antigen specific CD4 Τ cell responses. Analysis of the fine specificity of CD4 Τ cell antigen recognition led to the identification of two new epitopes. The peptide Melan-A16_35(A27L) was delivered by virus-like particles (VLPs) derived from bacteriophage Οβ, which themselves displayed strong immunogenicity. I show evidence for induction of Οβ- and Melan-A specific CD4 Τ cell responses that developed a Th1 functional profile after repeated vaccination cycles. They also specifically released the chemokines CCL-3 and CCL-4, which play important roles in attracting CD8 Τ cells to the APC surface for priming and formation of Τ cell memory. We further found induction of robust humoral IgG responses upon VLP vaccination, and the lgG1-lgG4 isotype composition depended on the adjuvant used. Since heavy chain class switching largely dépends on the presence of CD4 Τ cell help, this result suggests that the adjuvant can influence the differentiation of elicited CD4 Τ cells, thereby contributing to the quality and function of both Β cells and CD8 Τ cells. The nature of the inflammatory processes in the tumour microenvironment can modulate CD8 Τ cell function. A collaboration was established for the investigation regulation of inflammasome activation in human primary monocytes. We identified IL- 4 and TGF-β as strong inhibitors of IL-1 β secretion, Indicating some level of regulation from effector Th2 and Treg responses. We further found a potent inhibition of inflammasome activation by type I interferon, and demonstrated in vivo inhibition of IL-1 β responses in monocytes from active multiple sclerosis patients under IFN-β therapy. This finding further offers a possible explanation for its success, which mechanism of action is still largely unclear. Interestingly, type I interferon is also being used as adjuvant treatment for tumour free metastatic cutaneous melanoma patients. While its clinical benefit has remained controversial, recent data suggest that the subset of patients with ulcerated primary melanoma lesions can benefit from this therapy. Future investigations will shed light on the implication of the inflammasome in this context, and may offer new strategies for improved adjuvant treatments of melanoma.2 RésuméLes patients atteints de cancer ont une meilleure chance de survie si leurs tumeurs s'avèrent être largement infiltrées par des cellules Τ mémoires. De plus, la surreprésentation d'une signature génique Th1 est en corrélation avec un pronostic favorable. Ainsi, la vaccination visant à induire des cellules Τ capables d'infiltrer et de détruire la tumeur parait être une stratégie prometteuse pour le traitement du cancer. Dans ce travail, j'ai procédé au monitoring de la réponse des cellules Τ CD4 dans des patients atteints de mélanome vaccinés avec les longs peptides synthétiques Melan-A16_35(A27L) et NY-ESO-179_108. Ces peptides représentent des antigènes tumoraux reconnus par des lymphocytes T. La majorité des patients a développé une réponse forte et diversifiée des cellules Τ CD4 spécifiques contre les peptides. L'analyse de la spécificité fine de la reconnaissance antigénique des cellules Τ CD4 nous a conduits à l'identification de deux nouveaux épitopes. Le peptide Melan-Aie. 35(A27L) a été délivré par des particules de type viral (VLPs) dérivés de bactériophages Qβ, qui ont eux-mêmes démontré une forte immunogénicité. Mon travail montre les preuves d'une induction de réponses spécifiques des cellules Τ CD4 contre les Qβ et Melan-A développant un profil fonctionnel Th1 après plusieurs cycles de vaccination. Elles secrètent aussi spécifiquement les chimiokines CCL-3 et CCL-4, qui jouent un rôle important dans l'attraction des cellules Τ CD8 à la surface des cellules présentatrices d'antigènes et contribuent ainsi à induire et former la mémoire cellulaire Τ CD8. Nous avons également remarqué une induction de fortes réponses humorales IgG après vaccination avec les VLPs, et que la composition des isotypes lgG1-lgG4 dépendait de l'adjuvant utilisé. Etant donné qu'une commutation de classe de la chaîne lourde dépend largement ùie l'aide des cellules Τ CD4, ce résultat suggère que l'adjuvant puisse influencer la différeritiation de cellules Τ CD4 en différent types, contribuant ainsi à la qualité et à la fonction des cellules Β et des cellules Τ CD8.La nature des processus d'inflammation dans le microenvironnement tumoral peut moduler la fonction des cellules Τ CD8. Une collaboration a été établie pour investiguer la régulation de l'activation de l'inflammasome dans des monocytes primaires humains. Nous avons identifié l'IL-4 et le TGF-β comme étant de puissants inhibiteurs de la sécrétion de IL-Ιβ, indiquant une certaine régulation de la réponse inflammatoire induite par les cellules Th2 et Τ régulatrices. Nous avons également trouvé une forte inhibition de l'activation de l'inflammasome par l'interféron type I, et nous avons démontré une inhibition in vivo de la réponse IL-1 β dans des monocytes de patients atteints d'une sclérose en plaque active sous traitement IFN-β. Ce résultat nous offre une possible explication du succès de cette thérapie, dont le mécanisme reste à ce jour encore largement obscur. Il est intéressant de noter que l'interféron de type I est également utilisé pour le traitement de patients atteints de mélanome cutané métastasique sans tumeurs. Bien que le bénéfice clinique de ce traitement reste controversé, des études récentes montrent qu'une partie des patients atteints de mélanome primaire ulcéré peut tirer bénéfice de cette thérapie. De futures investigations pourront mieux nous renseigner sur l'implication de l'inflammasome dans ce contexte et offrir de nouvelles stratégies pour améliorer les traitements adjuvants du mélanome.

Anti-tumour effect of monoclonal antibodies against selected antigens expressed by B-cells in Chronic Lymphocytic Leukaemia : strategies to enhance the efficacy of immunotherapy

Résumé : Les anticorps monoclonaux ont une place de plus en plus prépondérante dans le traitement des lymphomes et leucémies. Dans cette étude, trois anticorps monoclonaux murins, dirigés contre les antigènes CDS, CD71 et HLA-DR exprimés à la surface des cellules de leucémies lymphoïdes chroniques (LLC), ont été évalués. In vitro, les anticorps radiomarqués ont montrés des bonnes liaisons spécifiques sur les différentes cellules cibles. L'anti-CD71 inhibait la prolifération de la plupart des lignées cellulaires testées avec une accumulation des cellules en phase S précoce du cycle cellulaire. L'anti-HLA-DR inhibait aussi la prolifération des lignées leucémique JOK1-5.3 et lymphoïde Daudi. Cette inhibition était associée à une agrégation des cellules. Aucune induction d'apoptose n'a pu être clairement observée avec ces anticorps. L'anti-CD5 n'a montré aucun effet d'inhibition de croissance in vitro. In vivo, l'injection des anticorps individuellement augmentait significativement la survie médiane de souris SCID greffées avec des cellules JOK1-5.3 en i.p. De plus, l'anticorps antiCD5 combiné à l'anti-HLA-DR ou l'anti-CD71, sous certaines conditions, inhibait complètement le développement tumoral dans la quasi totalité des souris traitées avec une augmentation significative de l'efficacité comparée aux anticorps seuls. L'augmentation de l'efficacité thérapeutique des anticorps monoclonaux par les cytokines, dont l'IL-2, a déjà été montrée dans la littérature. Au regard du meilleur comportement de l'IL-2 sous la forme complexée à un anticorps anti-IL-2, nous avons évalué l'efficacité de l'IL-2/anti-IL-2 seul ou combinés au rituximab chez différents modèles tumoraux s.c. (BL60.2, Daudi, Ramos) ou i.p. (JOK15.3) de souris SCID. Le complexe IL-2/anti-IL-2 a montré un effet anti-tumoral dans les souris greffées avec BL60.2 et Daudi. Le traitement IL-2/anti-IL-2 combiné au rituximab a montré une efficacité accrue chez des souris avec BL60.2 par rapport au rituximab seul. En revanche, nous n'avons pas observé de différence avec IL-2/anti-IL-2 seul.Aussi, nous avons évalué l'utilisation de l'agent couplant tri-fonctionnel TMEA pour produire des anticorps bispecifiques. Les expériences préliminaires avec les anticorps rituximab et herceptine, ont mis en évidence sur gel SDS-Page la formation de dimers (~100kDa) et de trimers (~150kDa). Les anticorps bispecifiques sont composés d'un fragment Fab' d'une spécificité et de un ou deux fragments Fab' de l'autre spécificité permettant de moduler la capacité de liaison. Nous avons enfin montré qu'une construction anti-CD5/anti-CD20 était capable de se lier indépendamment ou simultanément à ses antigènes cibles. En conclusion, ce travail a montré l'efficacité thérapeutique des trois anticorps monoclonaux étudiés dans un model de LLC in vivo, et plus particulièrement l'intérêt de certaines combinaisons. D'autre part, nous avons montré l'efficacité anti-tumorale du complexe IL-2/anti-IL-2 in vivo. Des études futures devront permettre de définir un régime favorable pour augmenter l'efficacité de la thérapie avec les anticorps monoclonaux. Enfin, nous avons montré la faisabilité d'utiliser l'agent couplant TMEA pour produire des anticorps bispécifiques fonctionnels.Abstract : Monoclonal antibody (mAb) therapy has become an integral part in different treatments of lymphomas and leukaemias. In this study, we describe three murine mAbs directed against the CD5, CD71 and HLA-DR antigens expressed on chronic lymphocytic leukaemia cells (CLL). In vitro, radiolabeled purified mAbs showed good specific binding on live target cells. Anti-CD71 mAb inhibited proliferation of most cell lines with an accumulation of responding cells in early S-phase of the cell cycle, but without induction of apoptosis. Anti-HLA-DR mAb showed proliferation inhibition of leukaemia JOK1-5.3 and lymphoid Daudi cells, associated with cell aggregation, but again no specific sign of apoptosis was observed. Anti-CD5 mAb did not show any growth inhibitory effect in vitro. In vivo, in a model of SCID mice grafted i.p. with JOK1-5.3 cells, injection of individual mAbs induced significant prolongation of median survival, up to complete inhibition of tumour growth in some mice. Antibody combination of anti-CD5 with anti-HLA-DR or anti-CD71, evaluated in an early treatment, completely inhibited tumour growth in most mice, with a significant efficacy enhancement as compared to mAb used as single agents. Previous reports described the improved efficacy of mAb therapy when combined with cytokines such as IL-2. Relying further on the improved efficacy of IL-2 when administered as an immune complex with anti-IL-2 mAb, we evaluated the anti-tumour effect of the IL-2/anti-IL-2 complex alone or combined with rituximab in subcutaneous (BL60.2, Daudi, Ramos) or i.p. (JOK1-5.3) tumour models in SCID mice. The IL-2/anti-IL-2 complex demonstrated an anti-tumour effect in BL60.2 and Daudi grafted SCID mice. Combination of IL-2/anti-IL-2 treatment with rituximab showed increased efficacy as compared to rituximab alone in BL60.2 grafted mice. However, no difference was observed with IL-2/anti-IL-2 complex alone in these experiments. Finally, we evaluated the feasibility of producing bispecific antibodies (bsAbs) using a trifunctional coupling agent, called TMEA. In preliminary experiments coupling rituximab with herceptine Fab' fragments we obtained the formation of dimers (~100kDa) and trimers (~150kDa) as observed on SDS-Page gel. This method allowed us to produce bsAb with one Fab' fragments of one specificity and one or two Fab' fragments of the second specificity. An anti-CD5/anti-CD20 bsAb was shown to bind targeted antigen either independently or simultaneously. In conclusion, these data show that the three mAbs were all able to induce significant growth inhibition of the JOK1-5.3 cell line in vivo, and efficacy was enhanced when used in combination. IL2/anti-IL-2 complex displayed anti-tumour efficacy in vivo. Further evaluation is necessary to define the most favourable combination to improve mAb therapy. BsAb were produced using the tri-functional agent allowing antibody fragments with relatively good binding. The poor yield obtained with such chemical couplings limited the use of these constructs in preclinical experiments.

Therapeutic PD-1 pathway blockade augments with other modalities of immunotherapy T-cell function to prevent immune decline in ovarian cancer.

The tumor microenvironment mediates induction of the immunosuppressive programmed cell death-1 (PD-1) pathway, and targeted interventions against this pathway can help restore antitumor immunity. To gain insight into these responses, we studied the interaction between PD-1 expressed on T cells and its ligands (PD-1:PD-L1, PD-1:PD-L2, and PD-L1:B7.1), expressed on other cells in the tumor microenvironment, using a syngeneic orthotopic mouse model of epithelial ovarian cancer (ID8). Exhaustion of tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) correlated with expression of PD-1 ligands by tumor cells and tumor-derived myeloid cells, including tumor-associated macrophages (TAM), dendritic cells, and myeloid-derived suppressor cells (MDSC). When combined with GVAX or FVAX vaccination (consisting of irradiated ID8 cells expressing granulocyte macrophage colony-stimulating factor or FLT3 ligand) and costimulation by agonistic α-4-1BB or TLR 9 ligand, antibody-mediated blockade of PD-1 or PD-L1 triggered rejection of ID8 tumors in 75% of tumor-bearing mice. This therapeutic effect was associated with increased proliferation and function of tumor antigen-specific effector CD8(+) T cells, inhibition of suppressive regulatory T cells (Treg) and MDSC, upregulation of effector T-cell signaling molecules, and generation of T memory precursor cells. Overall, PD-1/PD-L1 blockade enhanced the amplitude of tumor immunity by reprogramming suppressive and stimulatory signals that yielded more powerful cancer control.

Defining the critical hurdles in cancer immunotherapy.

Scientific discoveries that provide strong evidence of antitumor effects in preclinical models often encounter significant delays before being tested in patients with cancer. While some of these delays have a scientific basis, others do not. We need to do better. Innovative strategies need to move into early stage clinical trials as quickly as it is safe, and if successful, these therapies should efficiently obtain regulatory approval and widespread clinical application. In late 2009 and 2010 the Society for Immunotherapy of Cancer (SITC), convened an "Immunotherapy Summit" with representatives from immunotherapy organizations representing Europe, Japan, China and North America to discuss collaborations to improve development and delivery of cancer immunotherapy. One of the concepts raised by SITC and defined as critical by all parties was the need to identify hurdles that impede effective translation of cancer immunotherapy. With consensus on these hurdles, international working groups could be developed to make recommendations vetted by the participating organizations. These recommendations could then be considered by regulatory bodies, governmental and private funding agencies, pharmaceutical companies and academic institutions to facilitate changes necessary to accelerate clinical translation of novel immune-based cancer therapies. The critical hurdles identified by representatives of the collaborating organizations, now organized as the World Immunotherapy Council, are presented and discussed in this report. Some of the identified hurdles impede all investigators; others hinder investigators only in certain regions or institutions or are more relevant to specific types of immunotherapy or first-in-humans studies. Each of these hurdles can significantly delay clinical translation of promising advances in immunotherapy yet if overcome, have the potential to improve outcomes of patients with cancer.

Allergo-immunologie [Allergie rhinoconjunctivitis and immunotherapy: an uptodate]

Rhinitis and allergic conjunctivitis are frequent and may have severe impact on quality of life. Moreover risks of evolution of rhinitis to asthma are high, whereas conjunctivitis may either lead to eye-related complications when some topical drugs (such as steroids) are used, or when severe ailments are belatedly diagnosed. This article enables to review the treatment of allergic rhino-conjunctivitis. It also presents recent progress realized in the domain of allergen specific immunotherapy. In particular, this review underlines the search for hypoallergenic formulations that may minimize the risk of systemic allergic side effects as well as the use of new adjuvants to improve the efficiency of treatment and reduce its duration.

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.

Molecularly defined vaccines for cancer immunotherapy, and protective T cell immunity.

Malignant cells are frequently recognized and destroyed by T cells, hence the development of T cell vaccines against established tumors. The challenge is to induce protective type 1 immune responses, with efficient Th1 and CTL activation, and long-term immunological memory. These goals are similar as in many infectious diseases, where successful immune protection is ideally induced with live vaccines. However, large-scale development of live vaccines is prevented by their very limited availability and vector immunogenicity. Synthetic vaccines have multiple advantages. Each of their components (antigens, adjuvants, delivery systems) contributes specifically to induction and maintenance of T cell responses. Here we summarize current experience with vaccines based on proteins and peptide antigens, and discuss approaches for the molecular characterization of clonotypic T cell responses. With carefully designed step-by-step modifications of innovative vaccine formulations, T cell vaccination can be optimized towards the goal of inducing therapeutic immune responses in humans.

Potential target antigens for immunotherapy in human pancreatic cancer.

BACKGROUND: To be effective and selective, immunotherapy ideally targets specifically tumor cells and spares normal tissues. Identification of tumor specific antigens is a prerequisite to establish an effective immunotherapy. Still very little is known about the expression of tumor-related antigens in pancreatic neoplasms. Cancer Testis antigens (CT) are antigens shared by a variety of malignant tumors, but not by normal tissues with the exception of germ cells in testis. Restricted expression in neoplastic tissues and inherent immunogenic features make CT antigens ideal for use in immunotherapy. We analyzed the expression of a selected panel of nine CT antigens that have been proven to elicit an efficient immunogenic response in other malignancies. In addition we analyzed the expression of HERV-K-MEL, an immunogenic antigen of viral origin. METHODS: Pancreatic adenocarcinoma tumor samples (n=130) were obtained intraoperatively, control tissues (n=23) were collected from cadaveric donor and from patients with chronic pancreatitis. Tumor-associated antigen expression of MAGE-A1, MAGE-A3, MAGE-A4, MAGE-A10, LAGE-1, NY-ESO-1, SCP-1, SSX-2, SSX-4 and HERV-K-MEL was assessed by PCR. Sequencing of PCR products were performed to assess the expression of SSX-4 in neoplastic and normal pancreatic tissues. RESULTS: Three of 10 tested antigens were expressed in over 10% of malignant pancreatic tissue samples. SSX-4 was found positive in 30% of cases, SCP-1 in 19% and HERV-K-MEL in 23% of cases. No expression of CT antigens was found in non-malignant pancreatic tissue with the exception of SSX-4 and and SSX-2. CONCLUSIONS: Fifty two percentage of the analyzed tissues expressed at least one CT antigen. The concomitant expression of SSX-4 in both malignant and non-malignant pancreatic tissue is a new finding which may raise concerns for immunotherapy. However, HERV-K-MEL is expressed with a relatively high prevalence and may be a candidate for specific immunotherapy in a large subgroup of pancreatic cancer patients. This study advocates the analysis of patients with regard to their immunogenic profile before the onset of antigen-specific immunotherapy.

Immunothérapie: une nouvelle arme contre le cancer de la prostate [Immunotherapy: a therapeutic revolution against prostate cancer?].

The interaction between the immune system and cancer was an area of research interest for several decades. The recent U.S. Food and Drug Administration approval of sipuleucel-T and ipilimumab stimulated broader interest in manipulating immunity to fight cancer. In the context of prostate cancer, the immunotherapy strategies under development are therapeutic vaccination strategies, such as sipuleucel-T and PROSTVAC-VF, or immune checkpoint blockade of CTLA-4. Improved understanding of the immune responses generated by the development of predictive biomarkers for patient selection will guide rational combinations of these treatments and provide new treatment options in prostate cancer.

Cancer immunotherapy drives implementation science in oncology.

Cancer immunotherapy has come a long way. The hope that immunological approaches may help cancer patients has sparked many initiatives in research and development (R&D). For many years, progress was modest and disappointments were frequent. Today, the increasing scientific and medical knowledge has established a solid basis for improvements. Considerable clinical success was first achieved for patients with hematological cancers. More recently, immunotherapy has entered center stage in the development of novel therapies against solid cancers. Together with R&D in angiogenesis, the field of immunology has fundamentally extended the scientific scope, which has evolved from a cancer-cell-centered view to a comprehensive and integrated vision of tumor biology. Current R&D is focused on a large array of possible disease mechanisms, driven by cancer cells, and amplified by tumor stroma, inflammatory and immunological actors, blood and lymph vessels, and the "macroenvironment," i.e. systemic mechanisms of the host, particularly of the haematopoietic system. Contrasting to this large spectrum of pathophysiological events promoting tumor growth, only a small number of biological mechanisms, namely of the immune system, have the potential to counteract tumor growth. They are of prime interest because therapeutic enhancement may result in clinical benefit for patients. This special issue is dedicated to immunotherapeutics against cancer, with particular emphasis on vaccination and combination therapies, providing updates and extended insight in this booming field.

Improved IL-2 immunotherapy by selective stimulation of IL-2 receptors on lymphocytes and endothelial cells.

IL-2 immunotherapy is an attractive treatment option for certain metastatic cancers. However, administration of IL-2 to patients can lead, by ill-defined mechanisms, to toxic adverse effects including severe pulmonary edema. Here, we show that IL-2-induced pulmonary edema is caused by direct interaction of IL-2 with functional IL-2 receptors (IL-2R) on lung endothelial cells in vivo. Treatment of mice with high-dose IL-2 led to efficient expansion of effector immune cells expressing high levels of IL-2Rbetagamma, including CD8(+) T cells and natural killer cells, which resulted in a considerable antitumor response against s.c. and pulmonary B16 melanoma nodules. However, high-dose IL-2 treatment also affected immune cell lineage marker-negative CD31(+) pulmonary endothelial cells via binding to functional alphabetagamma IL-2Rs, expressed at low to intermediate levels on these cells, thus causing pulmonary edema. Notably, IL-2-mediated pulmonary edema was abrogated by a blocking antibody to IL-2Ralpha (CD25), genetic disruption of CD25, or the use of IL-2Rbetagamma-directed IL-2/anti-IL-2 antibody complexes, thereby interfering with IL-2 binding to IL-2Ralphabetagamma(+) pulmonary endothelial cells. Moreover, IL-2/anti-IL-2 antibody complexes led to vigorous activation of IL-2Rbetagamma(+) effector immune cells, which generated a dramatic antitumor response. Thus, IL-2/anti-IL-2 antibody complexes might improve current strategies of IL-2-based tumor immunotherapy.

Immunotherapy with Bet v 1 derived contiguous overlapping peptides leads to long-term immunoregulatory responses

Background: Allergen-specific immunotherapy with whole pollen extract may induce anaphylaxis, is poorly standardized and of long duration.We thus designed a randomized, placebo-controlled phase I/II clinical trial in volunteers with birch pollen allergic rhinitis and asthma to evaluate the safety and immunogenicity of a novel immunotherapy based on contiguous overlapping peptides (COPs) derived from Bet v 1, the major birch pollen allergen. Methods: A mixture of three COPs (AllerT™, Anergis SA, Switzerland) spanning the whole Bet v 1 molecule was selected for its inability to bind IgE. Prior to the pollen season, AllerT (in Alum) was injected subcutaneously to 15 adult volunteers at D0 (57 g), D7, D14, D21 and D51 (95 g each). Control volunteers (n = 5) only received the adjuvant. Results: Overall AllerT was safe. No serious adverse events and no immediate allergic reactions were reported. AllerT induced a vigorous early Bet v 1 specific immune response marked by vaccine associated INF- and IL- 10 secretion. This contributed to a strong anti-Bet v 1-specific IgG4 enhancement. Moreover, 2 months after the second season post treatment (July 2010), serum Bet v 1 specific IgG4 response was still markedly increased as compared to pre-treatment values and to placebo whereas post seasonal Bet v 1 specific IgE titers were similar to baseline values. Conclusion: Our data indicate that immunotherapy with a mixture of three COPs derived from Bet v 1 (AllerT) was safe and immunogenic, and led to long-term immunological memory.

Molecular modeling of peptide-MHC class I complexes : applications to peptide based immunotherapy

Summary The specific CD8+ T cell immune response against tumors relies on the recognition by the T cell receptor (TCR) on cytotoxic T lymphocytes (CTL) of antigenic peptides bound to the class I major histocompatibility complex (MHC) molecule. Such tumor associated antigenic peptides are the focus of tumor immunotherapy with peptide vaccines. The strategy for obtaining an improved immune response often involves the design of modified tumor associated antigenic peptides. Such modifications aim at creating higher affinity and/or degradation resistant peptides and require precise structures of the peptide-MHC class I complex. In addition, the modified peptide must be cross-recognized by CTLs specific for the parental peptide, i.e. preserve the structure of the epitope. Detailed structural information on the modified peptide in complex with MHC is necessary for such predictions. In this thesis, the main focus is the development of theoretical in silico methods for prediction of both structure and cross-reactivity of peptide-MHC class I complexes. Applications of these methods in the context of immunotherapy are also presented. First, a theoretical method for structure prediction of peptide-MHC class I complexes is developed and validated. The approach is based on a molecular dynamics protocol to sample the conformational space of the peptide in its MHC environment. The sampled conformers are evaluated using conformational free energy calculations. The method, which is evaluated for its ability to reproduce 41 X-ray crystallographic structures of different peptide-MHC class I complexes, shows an overall prediction success of 83%. Importantly, in the clinically highly relevant subset of peptide-HLAA*0201 complexes, the prediction success is 100%. Based on these structure predictions, a theoretical approach for prediction of cross-reactivity is developed and validated. This method involves the generation of quantitative structure-activity relationships using three-dimensional molecular descriptors and a genetic neural network. The generated relationships are highly predictive as proved by high cross-validated correlation coefficients (0.78-0.79). Together, the here developed theoretical methods open the door for efficient rational design of improved peptides to be used in immunotherapy. Résumé La réponse immunitaire spécifique contre des tumeurs dépend de la reconnaissance par les récepteurs des cellules T CD8+ de peptides antigéniques présentés par les complexes majeurs d'histocompatibilité (CMH) de classe I. Ces peptides sont utilisés comme cible dans l'immunothérapie par vaccins peptidiques. Afin d'augmenter la réponse immunitaire, les peptides sont modifiés de façon à améliorer l'affinité et/ou la résistance à la dégradation. Ceci nécessite de connaître la structure tridimensionnelle des complexes peptide-CMH. De plus, les peptides modifiés doivent être reconnus par des cellules T spécifiques du peptide natif. La structure de l'épitope doit donc être préservée et des structures détaillées des complexes peptide-CMH sont nécessaires. Dans cette thèse, le thème central est le développement des méthodes computationnelles de prédiction des structures des complexes peptide-CMH classe I et de la reconnaissance croisée. Des applications de ces méthodes de prédiction à l'immunothérapie sont également présentées. Premièrement, une méthode théorique de prédiction des structures des complexes peptide-CMH classe I est développée et validée. Cette méthode est basée sur un échantillonnage de l'espace conformationnel du peptide dans le contexte du récepteur CMH classe I par dynamique moléculaire. Les conformations sont évaluées par leurs énergies libres conformationnelles. La méthode est validée par sa capacité à reproduire 41 structures des complexes peptide-CMH classe I obtenues par cristallographie aux rayons X. Le succès prédictif général est de 83%. Pour le sous-groupe HLA-A*0201 de complexes de grande importance pour l'immunothérapie, ce succès est de 100%. Deuxièmement, à partir de ces structures prédites in silico, une méthode théorique de prédiction de la reconnaissance croisée est développée et validée. Celle-ci consiste à générer des relations structure-activité quantitatives en utilisant des descripteurs moléculaires tridimensionnels et un réseau de neurones couplé à un algorithme génétique. Les relations générées montrent une capacité de prédiction remarquable avec des valeurs de coefficients de corrélation de validation croisée élevées (0.78-0.79). Les méthodes théoriques développées dans le cadre de cette thèse ouvrent la voie du design de vaccins peptidiques améliorés.