Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Breast cancer is the second leading cause of cancer death for women in the United States. Approximately, 1 in 5 women will recur with cancer within 10 years of completing treatment and recent publications have suggested that breast cancer stem cells confer resistance to therapy. These reports highlight aldehyde dehydrogenase 1A1 (ALDH1A1) and Yes-associated protein (YAP) as a biomarker and key mediator of the stem cell phenotype respectively. To further understand how YAP and ALDH1A1 facilitate chemoresistance, this study investigated how ALDH1A1 specific inhibition affected YAP activity and growth of basal-like breast cancer cells, which are enriched in cancer stem cells. Intriguingly, attenuation of growth by ALDH1A1 inhibition was observed when cells were plated on a reconstituted basement membrane. Further, the inhibition of cell growth correlated with cytosolic retention of YAP and a reduction in YAP signaling. In a complementary analysis, the overexpression of YAP correlated with an increased level of ALDH1A1 transcript. Results from this study indicate a novel mechanism by which basal-like breast cancer cells utilize YAP to maintain the stem cell phenotype and also suggest ALDH1A1 as a potential therapeutic target for breast cancer therapy.

The administration of antibodies blocking the immune checkpoint molecules programmed cell death protein 1 (PD-1) or programmed cell death 1 ligand 1 (PD-L1) has evolved as a very promising treatment option for cancer patients. PD-1/PD-L1 inhibition has significantly enhanced expansion, cytokine secretion, and cytotoxic activity of CD4+ and CD8+ T lymphocytes, resulting in enhanced antitumor responses. Anti-PD-1 or anti-PD-L1 therapy has induced tumor regression and improved clinical outcome in patients with different tumor entities, including melanoma, non-small-cell lung cancer, and renal cell carcinoma. These findings led to the approval of various anti-PD-1 or anti-PD-L1 antibodies for the treatment of tumor patients. However, the majority of patients have failed to respond to this treatment modality. Comprehensive immune monitoring of clinical trials led to the identification of potential biomarkers distinguishing between responders and non-responders, the discovery of modes of treatment resistance, and the design of improved immunotherapeutic strategies. In this review article, we summarize the evolving landscape of biomarkers for anti-PD-1 or anti-PD-L1 therapy.

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Der adoptive Transfer von T-Zell-Rezeptor (TZR) modifizierten T-Zellen gegen krebsspezifische Antigene ist ein vielversprechender Ansatz in der Immuntherapie. Geeignete Zielmoleküle für diese Therapie sollten wichtig für das Überleben von Krebszellen sein und zudem in ausreichenden Mengen auf der Zelloberfläche exprimiert werden, um von T-Zellen erkannt zu werden. Die Identifizierung dieser Zielmoleküle ist jedoch eine Herausforderung und erfordert eine intensive Charakterisierung, um eine ausreichende Prozessierung und Präsentation auf den Tumorzellen zu validieren. Ziel dieser Arbeit war, HLA-A2-spezifische Neoepitope als Zielmoleküle für adoptive T-Zell-Therapie zu validieren. Dafür wurden erfolgreich Immunantworten in einem humanen transgenen Mausmodell nach Peptidimmunisierung induziert und TZRs mit hoher Affinität isoliert. Trotz einer hohen funktionellen Avidität von H3.3K27M-spezifischen T-Zellen wurde keine Erkennung von Tumorzellen erreicht. Zweitens wurden TZR-transduzierte T-Zellen gegen die häufige Melanommutation Rac1P29S isoliert, welche zytotoxisch gegen Melanomzelllinien waren. Letztlich wurde beobachtetet, dass TZRs mit hoher Affinität gegen gespleißte Kras und Rac2 Epitope, welche durch Proteasom-katalysiertes Peptidspleißen erzeugt wurden, keine Immunantwort gegen endogen exprimierte Mutationen hervorrufen konnten. Daraus lässt sich schließen, dass gespleißte Epitope wahrscheinlich seltener vorkommen als zuvor angenommen und daher möglicherweise irrelevant für die adoptive T-Zelltherapie sind. Diese Daten deuten darauf hin, dass die Auswahl von Zielmolekülen für die adoptive T-Zell-Therapie mit Hilfe reverser Immunologie auf der Grundlage von Bindungsalgorithmen und der Häufigkeit von Mutationen allein nicht ausreicht. Daher sind vor der Isolierung und Charakterisierung von TZRs zusätzliche Strategien wie z.B. die Analyse des MHC-Immunopeptidoms erforderlich, um die Auswahl geeigneter Zielmoleküle für die T-Zelltherapie zu verbessern. / Adoptive transfer of T cell receptor (TCR)-engineered T cells against tumour-specific neoantigens is a promising approach in cancer immunotherapy. Ideally, targeted antigens are crucial for cancer cell survival and are generated in sufficient amounts to be recognised by T cells. However, the identification of ideal targets remains challenging and requires intensive characterisation to validate sufficient antigen processing and presentation by the tumour cells. This thesis focused on the validation of HLA-A2 binding neoepitopes carrying the recurrent cancer mutations H3.3K27M, Rac1P29S, Rac2P29L or KrasG12V as targets for adoptive T cell therapy. After peptide immunisation, immune responses in a human transgenic mouse model were elicited and high-affinity TCRs successfully isolated. Although H3.3K27M-specific T cells showed high functional avidity, no recognition of cells endogenously expressing mutant H3.3 was achieved. Furthermore, a mechanism to target the common melanoma mutation Rac1P29S with a TCR raised against a heterologous mutation with higher peptide-MHC affinity was described. TCR-transduced T cells induced cytotoxicity against Rac1P29S expressing melanoma cell lines. Lastly, high-affinity TCRs specific for mutant Kras and Rac2 spliced epitopes generated by proteasome-catalysed peptide splicing were successfully isolated, however, TCR-transduced T cells did not induce an immune response against endogenously expressed mutant transgenes. The results indicate that spliced epitopes are probably less abundant than previously estimated and therefore may play a minor role in the generation of targets for adoptive T cell therapy. These data suggest that target selection using a reverse immunology approach based on binding algorithms and frequency of mutations alone is not sufficient. Thus, additional strategies to improve the selection of suitable targets such as the analysis of the MHC immunopeptidome are required prior to TCR isolation and characterisation.

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie. / Cell-mediated cancer immunotherapy is based on the priming of the patient’s CD8+ T lymphocytes (CD8+ T cells) to mediate an immune response directed against the tumour. This anti-tumour response is antigen-specific and directed against tumour associated antigens (TAA), which are defined as proteins expressed principally by cancer cells and absent from non-malignant tissues. By utilizing a bio-informatic approach, we identified the gene DKK1, a Wnt pathway inhibitor, as a potential TAA. This was an important novel finding as the identification of a new TAA is one of the key elements to enhance cell-mediated cancer immunotherapy. Furthermore, patient treatment options may also be improved through the amplification of the force and duration of the anti-tumour immune response mediated by TAA specific T cells. This thesis is divided in two parts: 1- The characterization of DKK1 expression and immunogenicity in common cancers as validation of TAA candidate. 2- The reprogrammation of CD8+ T cells from patient with common cancers to restore a less-differentiated phenotype in an attempt to improve their anti-tumour response. We first characterized DKK1 expression in breast cancer and other common cancers. In order to prove its specificity to malignant tissues, the DKK1 expression profile was initially established by RT-PCR and ELISA assay using cancer cell lines and in RNA panels from normal tissues. DKK1 expression was also described using clinical samples from breast, lung and kidney cancers. We found that 30% of breast cancer clinical samples were positive for DKK1 expression. Interestingly, half of the triple negative breast cancer tumours (negative for the expression of progesterone and estrogen receptors and Her-2/neu) were DKK1 (+). Moreover, 50% of the lung cancer and 30% of the kidney cancer clinical samples were also DKK1 (+). These results have been corroborated by other groups who recently reported similar observations in lung cancer with a correlation with poor prognosis. After confirming that the DKK1 gene expression profile in common cancer qualifies DKK1 as a relevant TAA, we then explored its immunogenicity. To do so, we performed in vitro stimulations of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from lung and breast cancer patients with DKK1-derived synthetic peptides, which were selected for their capacity to be presented by the major histocompatibility complex (MHC) HLA-A*0201. With this method, we identified and isolated CD8+ T cell clones with a specificity unique for one DKK1 peptide. Cytokine secretion profile of anti-DKK1 T cells was established by cytokine mutiplex assay and flow cytometry. This study revealed that DKK1-specitfic CD8+ T cells had an effector profile with polyfunctionality proprieties, thereby reinforcing DKK1 as a TAA candidate. Altogether, the results obtained in this first part of this thesis suggest the possible use of DKK1 in common cancer immunotherapy as it is principally expressed by malignant tissues and can generate the activation of effector CD8+ T cells. In the second part of this thesis, I will describe in vitro manipulations of patients’ CD8+ T cells in the goal of augmenting their longevity and the strength of the anti-tumour response. Previous research revealed that a less-differentiated phenotype correlated with an augmented capacity of persistence and the intensity of the T cell response. For this project, we generated less-differentiated CD8+ T cells by activating the Wnt pathway with a pharmalogical inhibitor of GSK-3. These less-differentiated T cells shared a phenotype of both naive and memory T cells. As for their immune functions, viral antigen specific CD8+ T cells cultured with the inhibtitor showed an elevation in interferon (IFN)-γ production and cytotoxic activity. This represent the first report of such observations in humans CD8+ T cells and suggest a new stategy to prolonge the persistence of T cells in a cancer immunotherapy setting. In conclusion, this work has strongly contributed to the validation of DKK1 as a TAA for common cancers, as it is expressed in malignant tissues and relatively absent in form normal tissues. It demonstrated the immunogenicity of DKK1 with the identification of a DKK1 peptide recognized by CD8+ T cells. Moreover, these DKK1-specific CD8+ T cells appear to be polyfunctional with an effector profil, which is favorable to mount a potent anti-tumour response. These findings could serve in novel strategies to be exploited in cell-mediated immunotherapy against common cancers. Furthermore, the phenotypic and functional study of the Wnt pathway activation resulting in a less-differentiated CD8+ T cells, generated observations that had never been reported in humans. These findings are relevant for cancer immunotherapy because they could help generate less-differentiated cells with augmented persistance and anti-tumorale capacities. Altogether, the results presented in this doctoral thesis provide significant evidence that DKK1 may serve as a TAA in cell-mediated immunotherapy for patients affected by common cancers and that reprogramming of CD8+ T cells through activation of the Wnt pathway could generate more effective mediator for this type of treatment.

Immunogenic cell death (ICD) is characterized by presence of specific molecules including surface exposed calreticulin (CRT) and the heat shock proteins HSP70 and HSP90. Release of ATP and high- mobility group box protein 1 (HMGB1) belongs to other typical characteristics. For induction of ICD in lung cancer cells high-hydrostatic pressure (HHP) was used. Treatment by HHP induces expression of immunogenic markers CRT, HSP70 and HSP90 on the cell surface. HHP also induces secretion of ATP to the extracellular milieu. Dendritic cells (DC) pulsed with HHP-treated tumor cells showed fenotypic maturation characterized by upregulation of maturation molecule CD83, costimulation molecules CD80 and CD86, chemokine receptor CCR7 and MHC class II molecule HLA-DR. Pulsed DCs have also higher rate of phagocytosis of HHP-treated tumor cells and they induce lower numbers of regulatory T cells compared to immature DCs. Moreover, activation of caspases (-8, -9, -3) and other proteins (phosphorylation of eIF2α) which are crucial in ER-stress mediated apoptotic pathway, was observed after HHP treatment. Using wide range of methods it was confirmed that HHP treatment is able to induce ICD in lung cancer cell lines, fenotypic and functional characteristics were described and the decreased induction of regulatory T-lymphocytes...

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie. / Cell-mediated cancer immunotherapy is based on the priming of the patient’s CD8+ T lymphocytes (CD8+ T cells) to mediate an immune response directed against the tumour. This anti-tumour response is antigen-specific and directed against tumour associated antigens (TAA), which are defined as proteins expressed principally by cancer cells and absent from non-malignant tissues. By utilizing a bio-informatic approach, we identified the gene DKK1, a Wnt pathway inhibitor, as a potential TAA. This was an important novel finding as the identification of a new TAA is one of the key elements to enhance cell-mediated cancer immunotherapy. Furthermore, patient treatment options may also be improved through the amplification of the force and duration of the anti-tumour immune response mediated by TAA specific T cells. This thesis is divided in two parts: 1- The characterization of DKK1 expression and immunogenicity in common cancers as validation of TAA candidate. 2- The reprogrammation of CD8+ T cells from patient with common cancers to restore a less-differentiated phenotype in an attempt to improve their anti-tumour response. We first characterized DKK1 expression in breast cancer and other common cancers. In order to prove its specificity to malignant tissues, the DKK1 expression profile was initially established by RT-PCR and ELISA assay using cancer cell lines and in RNA panels from normal tissues. DKK1 expression was also described using clinical samples from breast, lung and kidney cancers. We found that 30% of breast cancer clinical samples were positive for DKK1 expression. Interestingly, half of the triple negative breast cancer tumours (negative for the expression of progesterone and estrogen receptors and Her-2/neu) were DKK1 (+). Moreover, 50% of the lung cancer and 30% of the kidney cancer clinical samples were also DKK1 (+). These results have been corroborated by other groups who recently reported similar observations in lung cancer with a correlation with poor prognosis. After confirming that the DKK1 gene expression profile in common cancer qualifies DKK1 as a relevant TAA, we then explored its immunogenicity. To do so, we performed in vitro stimulations of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from lung and breast cancer patients with DKK1-derived synthetic peptides, which were selected for their capacity to be presented by the major histocompatibility complex (MHC) HLA-A*0201. With this method, we identified and isolated CD8+ T cell clones with a specificity unique for one DKK1 peptide. Cytokine secretion profile of anti-DKK1 T cells was established by cytokine mutiplex assay and flow cytometry. This study revealed that DKK1-specitfic CD8+ T cells had an effector profile with polyfunctionality proprieties, thereby reinforcing DKK1 as a TAA candidate. Altogether, the results obtained in this first part of this thesis suggest the possible use of DKK1 in common cancer immunotherapy as it is principally expressed by malignant tissues and can generate the activation of effector CD8+ T cells. In the second part of this thesis, I will describe in vitro manipulations of patients’ CD8+ T cells in the goal of augmenting their longevity and the strength of the anti-tumour response. Previous research revealed that a less-differentiated phenotype correlated with an augmented capacity of persistence and the intensity of the T cell response. For this project, we generated less-differentiated CD8+ T cells by activating the Wnt pathway with a pharmalogical inhibitor of GSK-3. These less-differentiated T cells shared a phenotype of both naive and memory T cells. As for their immune functions, viral antigen specific CD8+ T cells cultured with the inhibtitor showed an elevation in interferon (IFN)-γ production and cytotoxic activity. This represent the first report of such observations in humans CD8+ T cells and suggest a new stategy to prolonge the persistence of T cells in a cancer immunotherapy setting. In conclusion, this work has strongly contributed to the validation of DKK1 as a TAA for common cancers, as it is expressed in malignant tissues and relatively absent in form normal tissues. It demonstrated the immunogenicity of DKK1 with the identification of a DKK1 peptide recognized by CD8+ T cells. Moreover, these DKK1-specific CD8+ T cells appear to be polyfunctional with an effector profil, which is favorable to mount a potent anti-tumour response. These findings could serve in novel strategies to be exploited in cell-mediated immunotherapy against common cancers. Furthermore, the phenotypic and functional study of the Wnt pathway activation resulting in a less-differentiated CD8+ T cells, generated observations that had never been reported in humans. These findings are relevant for cancer immunotherapy because they could help generate less-differentiated cells with augmented persistance and anti-tumorale capacities. Altogether, the results presented in this doctoral thesis provide significant evidence that DKK1 may serve as a TAA in cell-mediated immunotherapy for patients affected by common cancers and that reprogramming of CD8+ T cells through activation of the Wnt pathway could generate more effective mediator for this type of treatment.

Vaccines have saved more lives than any other medical intervention. Recombinant vaccines provide unmatched safety profiles, but at the expense of reduced immunogenicity. Virus-like particles (VLPs) resemble viruses in size, shape and repetitive arrangement but are devoid of pathogenic genetic material and therefore safe. Poor immunogens can be rendered immunogenic by display on VLPs. Successfully decorating VLPs is still a major challenge. Genetic fusion or chemical modification is often time-consuming and can lead to misassembly or misfolding, which obstructs generation of the desired immune response. SpyCatcher is a genetically encodable protein, previously engineered to form a covalent isopeptide bond to its peptide-partner SpyTag. Presented in this thesis are SpyCatcher-VLPs, based on the fusion of SpyCatcher to the bacteriophage VLP AP205. SpyCatcher- VLPs can be conveniently conjugated with SpyTag fused antigens, simply by mixing. I demonstrate the modularity of this approach by covalently linking several complex, cysteine-rich malarial antigens to SpyCatcher-VLPs, such as the transmission-blocking antigen Pfs25 and the blood-stage antigen CIDR. A single administration of Pfs25-SpyTag conjugated to SpyCatcher-VLPs induced potent antibody generation against Pfs25, even in the absence of adjuvant. Anti-Pfs25 antibodies induced by this platform conveyed potent transmission-blocking activity in the mosquito vector. The thesis further demonstrates the feasibility of more complex Catcher-nanoparticle architectures. The previously engineered SnoopCatcher covalently reacts with SnoopTag peptide and is orthogonal to the SpyCatcher / SpyTag pair. IMX313 is an engineered chimera of the multimerization domain of chicken complement inhibitor C4-binding protein. This work describes fusion of SnoopCatcher and SpyCatcher to IMX313, which yields independently addressable Catcher-moieties on a single IMX313 nanoparticle. Display of two antigens on one particle may enable single-particle, multi-disease vaccines as well as multi-stage vaccines to tackle immune evasion of parasites. The platforms presented should accelerate and enhance vaccine development and may create opportunities for imaging and metabolic engineering.

The failure of the immune system to provide efficient protection against tumour cells has been considered as a major issue in immunology. It is now well established that inadequate function of the host immune system is one of the main mechanisms by which tumours escape from immune control contributing to the limited success of cancer immunotherapy. Several cell populations have been described which display immunosuppressive properties and may impede tumor-specific immunity. Among them, GR1+CD11b+ immature myeloid suppressor cells and CD4+CD25+ regulatory T cells seem to play an important role. These cells accumulate in the spleens of tumour bearing mice and patients with cancer and contribute to immunosuppression by inhibiting the function of CD8+ T cells and/or by promoting tumour angiogenesis.<p><p>The aim of our work was to define the mechanisms by which a single dose of cyclophosphamide (CTX), a chemical agent commonly used in chemotherapy treatment, induces the rejection of established P815 mastocytoma. <p><p>Our data show that CTX treatment leads to the selective loss of GR1medCD11b+ splenic myeloid cell producing TGF-â, a cytokine which is known to suppress antitumoral response. Furthermore, injection of CTX causes a decrease in the number of naturally occurring regulatory T cells (CD4+CD25+Foxp3+) in the spleen and the tumor. Finally, CTX treatment induces the differentiation of GR1highCD11b+ splenic myeloid cells into mature GR1highCD11b+CD11c+ (possibly dendritic cells?) which express high levels of CD11c, MHC class II and CD86 molecules. Of note, these cells are mainly detected in tumour necrosis areas. <p><p>Collectively, these results suggest that CTX prevents suppressive mechanisms and induces a population of CD11c+ myeloid cells which may present tumor antigens and activate T lymphocytes, an hypothesis in line with the requirement for CD4+ cells in CTX-induced long term resistance. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished