Regulation of tumor immunogenicity and activation of antitumor cytotoxic lymphocytes for immunotherapy of cancer

Abstract : CD8 + T cells can be programmed in their naïve state with pro-inflammatory cytokines such as IL-15 and IL-21. IL-15 induces the proliferation of CD8 + T cells and allows the generation of memory cells. IL-21 programs CD8 + T cells to become more cytotoxic while retaining a memory type phenotype. In the laboratory, we studied the effect of these two cytokines in different contexts by using the mouse model MHC-I-restricted Pmel-1 transgenic TCR specific to the melanoma-derived gp10025-33 antigen, which is also expressed by normal melanocytes. First, we elucidated the effect of IL-15 on CD8 + T cells in the Pmel-1 transgenic model lacking the protein Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 is a critical regulator of T cell homeostasis. We have found that these mice have CD8 + T-cells expressing surface proteins characteristic of memory T cells (CD44, Ly6C, CD122 and CD62L). However, these cells decrease the expression of the TCR and increase that of CD5, indicative of TCR activation in vivo. When stimulated in vitro, these cells displayed a highly cytotoxic phenotype but very low proliferation. Adoptive cell transfer studies in Rag1 - / - mice showed that these cells can undergo homeostatic proliferation under lymphopenic conditions. This proliferation was characterized by severe inflammatory lesions in the skin, extremities and eyes. This study demonstrates the importance of IL-15 and SOCS1 in the regulation of self-reactive cells that can be activated under lymphopenic conditions and can cause autoimmune diseases. Second, we studied the synergistic effect of IL-15 and IL-21 in native CD8+ T cells for cancer immunotherapy. We used the mouse melanoma model B16-F10 (B16) which expresses very weakly MHC-I molecules. In parallel, we studied the effect of NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5) overexpression, the trans-activator of MHC-I genes, in B16 cells in order to increase their immunogenicity and restore anti-tumor immunity. We generated stable lines of B16 cells expressing NLRC5 (B16-5); the co-stimulatory molecule of T cells, CD80 (B16-CD80), or both (B16-5 / 80). The over-expressing NLRC5 cells positively regulated the MHC-I and LMP2, LMP7 and TAP1 genes. B16-5 cells efficiently presented gp10025-33 to CD8+ Pmel-1 T cells and induced their proliferation. This proliferation was very robust when Pmel-1 naive cells were pre-stimulated with IL-15 and IL-21 prior to activation. In the presence of CD80, B16-5 cells stimulate Pmel-1 cells even without the addition of gp100, indicating that NLRC5 facilitates the treatment and presentation of endogenous tumor antigens. During subcutaneous implantation, B16-5 cells showed a significant reduction in tumor growth in C57BL/6 hosts but not in immunodeficient hosts, indicating that tumor cells expressing NLRC5 generated an anti-tumor immunity. This response is dependent on CD8 + T cells since in mice depleted of these cells, B16-5 cells formed large subcutaneous and pulmonary tumors. Finally, immunization with irradiated B16-5 cells allowed anti-tumor protection during challenge of parental B16 cells. Collectively, our results indicate that NLRC5 could be exploited to restore tumor immunogenicity and to stimulate protective antitumor immunity.Les cellules T CD8+ peuvent être programmées à leur état naïf avec des cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-15 et l’IL-21. IL-15 induit la prolifération de cellules T CD8+ et permet la génération de cellules T CD8+ mémoire. IL-21 programme les cellules T CD8+ à devenir plus cytotoxiques tout en conservant un phénotype de type mémoire. Dans le laboratoire, nous avons étudié l’effet de ces deux cytokines dans différent contextes en utilisant le modèle de souris transgénique Pmel-1 qui possède des récepteurs de cellules T (TCR) spécifiques envers le peptide gp10025-33, exprimé par des cellules de mélanome et aussi par des mélanocytes. Premièrement, nous avons élucidé l’effet de l’IL-15 sur les cellules T CD8+ dans le modèle transgénique Pmel-1 déficient dans la protéine Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 est un régulateur critique de l’homéostasie de lymphocytes T. Nous avons trouvé que ces souris ont de cellules T CD8+ exprimant des protéines de surface caractéristique de cellules T mémoire (CD44, Ly6C, CD122 et CD62L). Cependant, ces cellules diminuent l’expression du TCR et augmentent celle de CD5, ce qui témoigne d’une activation du TCR in vivo. Lorsque stimulées in vitro, ces cellules montrent un phénotype hautement cytotoxique mais une prolifération très faible. Lorsque nous avons fait des études de transfert cellulaire adoptive dans de souris Rag1-/-, ces cellules ont proliféré de façon importante causant des lésions inflammatoires sévères dans la peau, les extrémités et les yeux. Cette étude démontre l’importance de l’IL-15 et de SOCS1 dans la régulation de cellules auto-réactives qui peuvent être activées sous des conditions lymphopéniques et qui peuvent causer de maladies auto-immunitaires. Deuxièmement, nous avons étudié l’effet synergique d’IL-15 et d’IL-21 dans les cellules T CD8+ naïves pour l’immunothérapie du cancer. Nous avons utilisé le modèle B16-F10 (B16) de mélanome de souris qui exprime très faiblement des molécules de CMH-I. En parallèle, nous avons étudié l’effet de la surexpression de NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5), le trans-activateur de gènes de CMH-I dans les cellules B16, dans le but d’augmenter leur immunogénicité et de restaurer l’immunité anti-tumorale. Nous avons généré des lignées stables de cellules B16 exprimant NLRC5 (B16-5); la molécule co-stimulatrice de cellules T, CD80 (B16-CD80), ou les deux (B16-5 / 80). Les cellules sur-exprimant NLRC5 ont régulé positivement de manière constitutive les gènes MHC-I et LMP2, LMP7 et TAP1. Les cellules B16-5 ont efficacement présenté gp10025-33 aux cellules T CD8+ Pmel-1 et ont induit leur prolifération. Cette prolifération a été très robuste lorsque les cellules naïves Pmel-1 étaient pré-stimulées avec IL-15 et IL-21 avant leur activation. En présence de CD80, les cellules B16-5 stimulent les cellules Pmel-1 même sans l'addition de gp100, ce qui indique que NLRC5 facilite l’apprêtement et la présentation des antigènes tumoraux endogènes. Lors de l'implantation sous-cutanée, les cellules B16-5 ont montré une réduction significative de la croissance tumorale chez des hôtes C57BL/6, mais pas chez des hôtes immuno-déficients, ce qui indique que les cellules tumorales exprimant NLRC5 ont provoqué une immunité anti-tumorale. Cette réponse est dépendante de cellules T CD8+ puisque chez les souris déplétées de ces dernières, les cellules B16-5 ont formé de grandes tumeurs sous-cutanées et pulmonaires. Enfin, l'immunisation avec des cellules B16-5 irradiées a permis une protection anti-tumorale lors de la réimplantation des cellules B16 parentales. Collectivement, nos résultats indiquent que NLRC5 pourrait être exploité pour restaurer l'immunogénicité tumorale et pour stimuler l’immunité anti-tumorale protectrice