Analysis of the T cell repertoire in cancer patients: unveiling the antitumor immune response in humans

A tumorigenese é caracterizada pelo acúmulo de mutações e expressão aberrante de proteínas pelas células transformadas, proteínas estas que podem ser reconhecidas pela resposta imune adaptativa do próprio. O estudo do conjunto de linfócitos T capazes de reconhecer o tumor num paciente, ou seja, de seu repertório antitumoral, é de vital importância para o melhor entendimento da relação entre o sistema imune e o câncer. Assim, este projeto teve como objetivo desenvolver um estudo aprofundado do repertório de linfócitos T reativo para tumores em pacientes com câncer, determinando-se a frequência e o padrão de resposta destas células, em diferentes fases de progressão da doença e terapia. Para avaliar a frequência de linfócitos T tumor-reativos, foram desenvolvidas e utilizadas técnicas abrangentes de detecção, que empregam a capacidade proliferativa do linfócito T frente ao seu antígeno cognato para determinar sua especificidade. Utilizando tais técnicas, fomos capazes de encontrar linfócitos T capazes de reagir com antígenos mutados (neoantígenos) em um paciente com carcinoma hepatocelular, e com um antígeno superexpresso (Her2) em pacientes com câncer de mama. Também encontramos linfócitos T reativos para estes antígenos em indivíduos saudáveis, não só no compartimento de células naïve, mas também dentre os linfócitos T de memória, o que adiciona evidência à teoria da vigilância imunológica. Vale notar que os linfócitos T Her2-reativos foram capazes de produzir citocinas e eliminar, especificamente, células que superexpressavam tal molécula. A frequência total de linfócitos T tumor-reativos no sangue de pacientes com câncer de mama e com glioblastoma multiforme (GBM) foi estimada utilizando-se, como fonte de antígenos, lisados de células tumorais, tendo, esta, sido maior no sangue dos doentes com câncer de mama. A frequência de linfócitos T tumor-reativos no sangue dos pacientes não se correlacionou com aquela encontrada no tumor, indicando que estas podem diferir significativamente. Mesmo assim, em dois pacientes, a variação temporal da frequência sanguínea de linfócitos T CD4 e CD8 GBM-reativos se correlacionou com a resposta clínica à vacinação experimental com híbridos de células dendríticas. Esta intervenção imune também foi capaz de alterar a capacidade de produção de citocinas pelos linfócitos T CD4 GBM-reativos de um paciente testado. Assim como na vacinação, a retirada cirúrgica do tumor afetou significativamente o repertório de linfócitos T GBM-reativos nos doentes, diminuindo seu número e alterando seu fenótipo. Por fim, dentre os linfócitos T reativos para câncer de mama, fomos capazes de detectar linfócitos T CD8 com possível capacidade supressora e linfócitos T CD4 que apresentavam características pró-tumorais e cujos clones apresentavam subpopulações com fenótipo helper distintas. Em conclusão, o estudo da frequência e função dos linfócitos T tumor-reativos aqui mostrado permitiu desvendar características da resposta imune tumoral pouco conhecidas, melhorando o conhecimento que temos da resposta imune antitumoral em humanos.Tumorigenesis is accompanied by the accumulation of mutations and aberrant expression of various proteins by the transformed cells, which can be recognized by the adaptive immune response in cancer patients. The study of the patients ability to recognize its tumor, specifically of its antitumor T cell repertoire, is of vital importance for a better understanding of the interplay between the immune system and tumors. Therefore, this project aimed to develop an in-depth study of the tumor-reactive T cell repertoire in cancer patients, determining its frequency and response pattern, at different points of disease progression and therapy. To estimate the frequency of tumor-reactive T lymphocytes, comprehensive detection techniques that employ the T cell proliferative capacity against its cognate antigen to determine its specificity were developed. By using such techniques, we could find T cells reactive for mutated antigens (neoantigens) in a patient with hepatocellular carcinoma, and reactive for an overexpressed antigen (Her2) in patients with breast cancer. We also found T lymphocytes reactive for these antigens in healthy individuals, not only in the naïve cell compartment, but also among memory T cells, which adds evidence to the theory of immune surveillance. It is noteworthy that Her2-reactive T lymphocytes could produce cytokines and specifically eliminate cells that overexpressed Her2. The total frequency of tumor-reactive T-lymphocytes in the blood of individuals with breast cancer and with glioblastoma multiforme (GBM) was estimated using tumor cell lysates as antigen source, and it was found to be higher in the blood of breast cancer patients. The frequency of tumor-reactive T cells in patients\' blood did not correlate with that found among T cells infiltrating the tumor, indicating that these may differ significantly. Even so, in two patients, temporal variation in the blood frequency of GBM-reactive CD4 and CD8 T cells correlated with their clinical response to the experimental vaccination with dendritic-tumor cell hybrids. This immune intervention also changed the cytokine production pattern of GBM-reactive CD4 T lymphocytes in the patient tested. As with vaccination, the surgical removal of the tumor also affected significantly the repertoire of GBM-reactive T lymphocytes in the patients, decreasing their frequency and altering their phenotype. Finally, among the breast cancer-reactive T cells, we detected CD8 T lymphocytes with possible suppressive capacity and CD4 T lymphocytes that had protumoral characteristics and whose clones belonged to multiple distinct subpopulations with different helper phenotypes. Altogether, the results of the frequency and function of the tumor-reactive T lymphocytes shown here unveil some tumor immune response characteristics largely unknown, which improve our understanding of the antitumor immune response in humans