As células tumorais prosperam como consequência da capacidade de resistir aos mecanismos de morte celular e de evasão da vigilância imunológica. Nós propomos que, em cânceres que possuem o supressor de tumor p53 selvagem, a remediação de ambas dessas defesas pode ser promovida pela transferência genica combinada de vetores adenovirais portadores dos transgenes de p19Arf (proteína supressora de tumor, parceira funcional de p53) e de interferon-beta (IFNbeta, citocina imunomoduladora). De fato, em resultados anteriores, notamos que a transdução combinada (p19Arf/IFNbeta), mas não os tratamentos individuais, em células de melanoma murino B16F10 resulta em aumento massivo de morte celular. Porém a capacidade destas células em processo de morte de desencadear imunidade antitumoral não foi analisada. Nesta tese e em estudos complementares, buscamos investigar os mecanismos moleculares de morte celular envolvidos na resposta imune estimulada por p19Arf/IFNbeta e explorar sua aplicação como imunoterapia do câncer. Inicialmente, em modelo de vacinação profilática, revelamos que o tratamento combinado em células B16F10 promove a expressão de IL-15, ULBP1, dos receptores de morte FAS/APO1 e KILLER/DR5, assim como uma resposta de células natural killer que rejeitam estas células tratadas quando inoculadas em camundongos imunocompetentes singênicos. Após desafio tumoral no flanco oposto, a progressão desses tumores foi fortemente reduzida devido ao engajamento de linfócitos T CD4+ e CD8+, que apresentaram produção aumentada das citocinas IFN-? e TNF-alfa e medeiam proteção antitumoral de longo prazo. Em seguida, explorando um contexto de imunização diferente, a transferência de gênica in situ foi realizada em carcinoma heterotópico de pulmão e exibiu proteção significativa contra um desafio tumoral secundário, apenas quando o tumor primário foi tratado com p19Arf/IFNbeta. Análise de transcriptoma destes tumores indicou uma assinatura quimiotáxica de neutrófilos e linfócitos T CD8+ através das quimiocinas CCL3, CXCL3 e da IL-1beta. Em apoio destas observações, análises mecanicistas in vitro revelaram que células tratadas com p19Arf/IFNbeta ativam programas apoptóticos de p53 e antivirais de IFNbeta, enquanto sucumbem a um processo de morte por necroptose que também libera moléculas de morte celular imunogênica (MCI), calreticulina, ATP e HMGB1. No entanto, procurando potencializar ainda mais o benefício terapêutico dos nossos vetores, exploramos sua associação com o quimioterápico imunogênico doxorrubicina (Dox), que também é indutor de MCI. E nesta associação, percebemos que a Dox aumenta não apenas os níveis de morte celular, mas também a imunogenicidade das células tratadas, proporcionando em um modelo de vacina terapêutica, um controle tumoral superior em camundongos que já portavam antes da vacinação tumores B16F10 ou MCA205. Além disso, a associação in situ destas terapias restaurou a eficácia de uma dose sub-terapêutica de Dox, que em contraste com sua dose terapêutica, não prejudica a função cardíaca. Finalmente, também exploramos a associação com o bloqueio dos pontos de controle imunológicos PD-1 ou CTLA-4, que no modelo de vacina terapêutica, sua associação induziu maior rejeição completa de tumores B16F10. Em conclusão, aqui apresentamos evidências sobre a capacidade da combinação p19Arf/IFNbeta de induzir morte celular e estimulação imunológica. E ressaltamos seu potencial como uma estratégia de imunoterapia do câncer / Cancer cells thrive as a consequence of resisting cell death mechanisms and escaping from immune surveillance. We propose that, in cancers that harbor the wild-type tumor suppressor p53, remediation of both of these defenses can be achieved by harnessing the adenoviral vector mediated gene transfer of p19Arf (tumor suppressor protein, p53 functional partner) together with interferon-beta (IFNbeta, immunomodulatory cytokine). Indeed, in our initial observations, it was noticed that combined-transduction (p19Arf/IFNbeta), but not the individual treatments, of B16F10 mouse melanoma cells results in massive cell death levels. Yet, the capability of these dying cells to unleash antitumor immunity was not investigated. Here in this thesis and in complementary studies, we sought to investigate the molecular mechanisms of cell death involved in the p19Arf/IFNbeta immune stimulation and explore its potential as a mediator of cancer immunotherapy. First, in a prophylactic B16F10 vaccine model, we revealed that the dual treatment led to the up-regulation of IL-15, ULBP1, FAS/APO1 and KILLER/DR5 death receptors, plus a natural killer cell response that completely rejects treated cells when inoculated in syngeneic immunocompetent mice. Whereas, upon a contralateral tumor challenge, progression was strongly reduced by engaging both CD4+ and CD8+ T cells, which displayed augmented production of IFN-? and TNF-alpha cytokines and provided long term antitumor protection. Next, exploring different immunization context, in situ gene transfer in a heterotopic lung carcinoma exhibited significant protection against a secondary tumor challenge only when the primary tumor was treated with p19Arf/IFNbeta. Transcriptome analysis of these treated tumors indicated a chemotaxic signature of neutrophils and CD8+ T cells with the involvement of CCL3, CXCL3 chemokines and IL-1beta. Moreover, in support of this evidence, mechanistic in vitro studies revealed that p19Arf/IFNbeta treated cells reactivate p53 apoptotic and IFNbeta antiviral programs, while succumbing to a necroptosis cell death processes that also releases immunogenic cell death (ICD) molecules, calreticulin, ATP and HMGB1. Yet, aiming to potentiate therapeutic benefit of our vectors, we explored their association with doxorubicin (Dox) immunogenic chemotherapy, which is also an inducer of ICD. And in this setting, this association with Dox enhances not only cell death levels but also immunogenicity of treated cells, providing superior tumor control in a therapeutic vaccine model, where mice were already bearing B16F10 tumors or MCA205 sarcomas before vaccination. Moreover, associated use of these therapies in situ rescued efficacy of a sub-therapeutic dose of Dox, which in contrast to its therapeutic dose, does not impair cardiac function. Finally, we also evaluated the association with PD-1 or CTLA-4 checkpoint blockade immunotherapy, which in the therapeutic vaccine model induced full tumor rejection in a greater number of mice. In sum, here we provide compelling evidence for the ability of the p19Arf/IFNbeta combined gene transfer to promote cell death and immunogenic stimuli and underscored its potential to be applied as a cancer immunotherapy strategy

Dados recentes do nosso laboratório demonstram que somente a co-transdução, não a tradução individual, com vetores adenovirais portadores de Interferon-beta (IFN?) (citocina imuno modulatória) e p19Arf (parceira funcional da proteína supressora de tumor p53) resulta na morte celular massiva do melanoma murino B16F10. A capacidade desse tratamento combinado de induzir uma resposta imune antitumoral ainda não foi avaliada. Dessa maneira, o objetivo do presente trabalho foi investigar se células B16F0 tratadas por essa combinação são capazes de induzir uma resposta imune antitumoral em um modelo de vacinação profilático de melanoma. Para isso, essas células foram co-transduzidas com os vetores AdPGp19 e AdPGIFN? e 48 horas depois, inoculadas como agente vacinal no flanco esquerdo (sítio da vacina) de camundongos C57BL/6 imunocompetentes. Sete dias após a última vacinação, esses animais foram desafiados com células B16F10 naïve no flanco direito (sítio do desafio). A progressão tumoral do desafio foi significativamente reduzida, mesmo quando o desafio tumoral foi feito 73 dias após da vacinação. Porém, como os animais imunizados desenvolveram tumores no sítio da vacina, condições para o uso dessas células tratadas foram avaliadas, revelando que: o número de células e de aplicações usadas durante a vacinação tem influência no aparecimento desse tumores, e que apenas com o tratamento combinado os camundongos permanecem livres de tumor. A influência do sistema imune para este resultado foi revelada após protocolo de imunussupressão. Em seguida, o papel da p19Arf e do IFN? na proteção antitumoral da combinação foi estudado. In vitro, os efeitos antitumorais da combinação parecem ser mais influentes da reposição de p19Arf do que da expressão de IFN?, mas já in vivo, na presença do sistema imune, foram mais dependentes do IFN?. Com a combinação estes efeitos mostraram-se mais pronunciados, induzindo uma proteção antitumoral e maior sobrevida aos animais vacinados. Estes resultados indicam que a combinação p19Arf e IFN? pode ser aplicada como um agente imunoterápico e sugerem que a associação entre morte celular e imuno estimulação pode beneficiar o tratamento contra o câncer / Previously, we have shown in a mouse melanoma model of in situ gene therapy that co-transduction, but not individual application, with adenovirus vectors expressing the Interferon-beta (IFN?) (immune modulatory cytokine) and p19Arf (functional partner of the p53 tumor suppressor) transgenes results in massive cell death and reduced tumor progression. However, the capability of this combined treatment to stimulate an antitumor immune response has not been evaluated. Therefore, the aim of this work was to investigate, trough a prophylactic vaccine model, if B16F10 cells treated by the p19Arf and IFN? combination could induce such immune response. To do so, these cells were co-transduced by the AdPGp19 e AdPGIFN? adenoviral vectors and 48 hours after, inoculated as a vaccine agent in the left flank (vaccine site) of immune competent C57BL/6 mice. Seven days after the last vaccine, a tumor challenge was done with naïve B16F10 cells in the right flank (challenge site). Tumor progression was markedly reduced, even when challenge was done 73 days after the vaccination. However, since these animals developed tumors where the vaccine was applied, more appropriate conditions for the use of these treated cells were pursued, thus revealing that: the number of cells and inoculations can dictate tumor development, and also, that only with the combined treatment was tumor formation abolished. The influence of the immune system for this result was revelead by performing an immune supression protocol. Next, the roles of p19Arf and of IFN? were studied. In vitro, the antitumor effects were stronger upon the introduction of p19Arf than IFN?, but in vivo, in the presence of the immune system, the effects were more IFN? dependent. In fact, these effects were more pronouced with the combined treatment, inducing protection against tumor formation and progression and increasing survival in the vaccinated animals. Taken together, these results demonstrate the application of cells treated by the p19Arf e IFN? combination as an effective vaccine agent and also indicates that the association between cell death and immune stimulation may benefit the treatment of cancer

Dados recentes do nosso laboratório demonstram que somente a co-transdução, não a tradução individual, com vetores adenovirais portadores de Interferon-beta (IFN?) (citocina imuno modulatória) e p19Arf (parceira funcional da proteína supressora de tumor p53) resulta na morte celular massiva do melanoma murino B16F10. A capacidade desse tratamento combinado de induzir uma resposta imune antitumoral ainda não foi avaliada. Dessa maneira, o objetivo do presente trabalho foi investigar se células B16F0 tratadas por essa combinação são capazes de induzir uma resposta imune antitumoral em um modelo de vacinação profilático de melanoma. Para isso, essas células foram co-transduzidas com os vetores AdPGp19 e AdPGIFN? e 48 horas depois, inoculadas como agente vacinal no flanco esquerdo (sítio da vacina) de camundongos C57BL/6 imunocompetentes. Sete dias após a última vacinação, esses animais foram desafiados com células B16F10 naïve no flanco direito (sítio do desafio). A progressão tumoral do desafio foi significativamente reduzida, mesmo quando o desafio tumoral foi feito 73 dias após da vacinação. Porém, como os animais imunizados desenvolveram tumores no sítio da vacina, condições para o uso dessas células tratadas foram avaliadas, revelando que: o número de células e de aplicações usadas durante a vacinação tem influência no aparecimento desse tumores, e que apenas com o tratamento combinado os camundongos permanecem livres de tumor. A influência do sistema imune para este resultado foi revelada após protocolo de imunussupressão. Em seguida, o papel da p19Arf e do IFN? na proteção antitumoral da combinação foi estudado. In vitro, os efeitos antitumorais da combinação parecem ser mais influentes da reposição de p19Arf do que da expressão de IFN?, mas já in vivo, na presença do sistema imune, foram mais dependentes do IFN?. Com a combinação estes efeitos mostraram-se mais pronunciados, induzindo uma proteção antitumoral e maior sobrevida aos animais vacinados. Estes resultados indicam que a combinação p19Arf e IFN? pode ser aplicada como um agente imunoterápico e sugerem que a associação entre morte celular e imuno estimulação pode beneficiar o tratamento contra o câncer / Previously, we have shown in a mouse melanoma model of in situ gene therapy that co-transduction, but not individual application, with adenovirus vectors expressing the Interferon-beta (IFN?) (immune modulatory cytokine) and p19Arf (functional partner of the p53 tumor suppressor) transgenes results in massive cell death and reduced tumor progression. However, the capability of this combined treatment to stimulate an antitumor immune response has not been evaluated. Therefore, the aim of this work was to investigate, trough a prophylactic vaccine model, if B16F10 cells treated by the p19Arf and IFN? combination could induce such immune response. To do so, these cells were co-transduced by the AdPGp19 e AdPGIFN? adenoviral vectors and 48 hours after, inoculated as a vaccine agent in the left flank (vaccine site) of immune competent C57BL/6 mice. Seven days after the last vaccine, a tumor challenge was done with naïve B16F10 cells in the right flank (challenge site). Tumor progression was markedly reduced, even when challenge was done 73 days after the vaccination. However, since these animals developed tumors where the vaccine was applied, more appropriate conditions for the use of these treated cells were pursued, thus revealing that: the number of cells and inoculations can dictate tumor development, and also, that only with the combined treatment was tumor formation abolished. The influence of the immune system for this result was revelead by performing an immune supression protocol. Next, the roles of p19Arf and of IFN? were studied. In vitro, the antitumor effects were stronger upon the introduction of p19Arf than IFN?, but in vivo, in the presence of the immune system, the effects were more IFN? dependent. In fact, these effects were more pronouced with the combined treatment, inducing protection against tumor formation and progression and increasing survival in the vaccinated animals. Taken together, these results demonstrate the application of cells treated by the p19Arf e IFN? combination as an effective vaccine agent and also indicates that the association between cell death and immune stimulation may benefit the treatment of cancer

As muitas formas diferentes de câncer representam uma grande dimensão no âmbito da saúde pública mundial. Embora os esforços da medicina diagnóstica, vários tumores permanecem sem resposta à terapia tradicional. Uma alternativa é o uso de terapia gênica, a qual consiste a transferência de um gene terapêutico para a célula tumoral com a expectativa de inibição da progressão tumoral. Nosso laboratório desenvolveu uma série de vetores adenovirais onde a expressão do transgene é controlada pela p53 e usamos esses vetores para mostrar que a presença de p19Arf (um parceiro funcional de p53) sensibiliza células de melanoma murino, B16-F10 (p53-tipo selvagem), associado à ação do interferão-beta (IFNbeta, uma citocina pleiotrópica) quando testado in vitro. Mesmo que os vetores adenovirais representem o sistema de transferência gênica mais utilizado para a terapia de genes de câncer, seu uso por via sistêmica é limitado principalmente por inativação pelo sistema imune. Diferentes técnicas visam proteger as partículas de vírus do sistema imunológico e direcioná-las para o leito tumoral. Uma dessas técnicas envolve a utilização de células estaminais mesenquimais (MSCs). As propriedades dos MSC incluem a auto renovação, o potencial de diferenciação, bem como a sua capacidade de migrar e infiltrar tumores. Para este fim, nosso objetivo era utilizar MSCs murinos como portadores de adenovírus que expressam IFNbeta e para verificar se a presença de p19Arf nas células tumorais aumentaria a sua sensibilidade para IFNbeta. Para itso, os CTMs foram isolados da medula óssea ou do tecido adiposo de ratinhos C57BL/ 6 machos. Foi verificada a presença de marcadores de CTM (Sca1, CD29) e a ausência de marcadores para linhagens hematopoiéticas (CD31, CD11b, CD45). Sendo as CTM do tecido adiposo foram mais fáceis de cultivar, estes foram utilizados nos seguintes ensaios. In vitro, a aplicação do vector adenoviral que codifica um gene repórter (eGFP) resultou em mais de 70% de eficiênciamde transdução de CTM, sem indução de alterações morfológicas até 72 horas após o tratamento. A aplicação de vector portador de IFNbeta também foi bem tolerada, no entanto transdução com p19Arf sozinho ou em combinação com IFNbeta induziu alterações morfológicas nas CTMs. Em seguida, as células B16-F10 foram transduzidas ou não com o vetor codificando p19Arf e co-cultivadas com MSCs que foram transduzidas ou não com IFNbeta, demonstrando que a presença de p19Arf confere sensibilidade aumentada de células B16-F10 ao tratamento com IFNbeta . Em ensaios preliminares, os tumores B16-F10 foram estabelecidos subcutaneamente em camundongos C57BL / 6 e, posteriormente, as MSC marcadas com eGFP foram aplicadas na circulação após a injeção da veia da cauda. Após 48 horas, estes tumores foram recuperados e a presença de células positivas para eGFP foi confirmada, indicando que os MSCs se infiltraram no microambiente do tumor / The many different forms of cancer represent a tremendous investment for public health all over the world. Although the efforts of both diagnostic and therapeutic medicine have reduced the number of deaths due to cancer, many tumor types remain impervious to traditional therapy. An alternative is the use of gene therapy which entails the transfer of a therapeutic gene to the tumor cells with the expectation of inhibiting tumor progression. Our laboratory has developed a series of adenoviral vectors where transgene expression is controlled by p53 and we have used these vectors to show that the presence of p19Arf (a functional partner of p53) sensitizes murine melanoma cells, B16-F10 (p53-wild type), to the action of interferon-beta (IFNbeta, a pleiotropic cytokine) when tested in vitro. Even though adenoviral vectors are the most utilized gene transfer system for cancer gene therapy, their systemic application is limited principally by immune inactivation. Different techniques aim to protect the virus particles from the immune system and to direct them to the tumor bed. One of these techniques involves the utilization of mesenchymal stem cells (MSCs). The properties of MSCs include self-renewal, the potential for differentiation as well as their ability to migrate to and infiltrate tumors. To this end, our objective was to utilize murine MSCs as carriers of adenovirus that express IFNbeta and to verify if the presence of p19Arf in the tumor cells would enhance their sensitivity to IFNbeta. For this, MSCs were isolated from bone marrow or adipose tissue from male C57BL/6 mice. The presence of MSC markers (Sca1, CD29) was verified as was the absence of markers for hematopoietic lineages (CD31, CD11b, CD45). Since the MSCs from adipose tissue were easier to cultivate, these were utilized in the following assays. In vitro, application of the adenoviral vector encoding a reporter gene (eGFP) at a multiplicity of infection of 1000 resulted in the transduction of more than 70% of the MSCs and without the induction of morphological alterations even by 72 hours post treatment. The application of a vector encoding IFN? was also well tolerated, however transduction with p19Arf alone or in combination with IFNbeta induced morphologic alterations in the MSCs. Next, B16-F10 cells were transduced or not with the vector encoding p19Arf and co-cultivated with MSCs that had been transduced or not with IFNbeta, demonstrating that the presence of p19Arf confers enhanced sensitivity of B16-F10 cells to the treatment with IFN?. In preliminary assays, B16-F10 tumors were established subcutaneously in C57BL/6 mice and later MSCs labeled with eGFP were applied in the circulation upon tail vein injection. After 48 hours, these tumors were recovered and the presence of eGFP-positive cells was confirmed, indicating that the MSCs infiltrated the tumor microenvironment

As muitas formas diferentes de câncer representam uma grande dimensão no âmbito da saúde pública mundial. Embora os esforços da medicina diagnóstica, vários tumores permanecem sem resposta à terapia tradicional. Uma alternativa é o uso de terapia gênica, a qual consiste a transferência de um gene terapêutico para a célula tumoral com a expectativa de inibição da progressão tumoral. Nosso laboratório desenvolveu uma série de vetores adenovirais onde a expressão do transgene é controlada pela p53 e usamos esses vetores para mostrar que a presença de p19Arf (um parceiro funcional de p53) sensibiliza células de melanoma murino, B16-F10 (p53-tipo selvagem), associado à ação do interferão-beta (IFNbeta, uma citocina pleiotrópica) quando testado in vitro. Mesmo que os vetores adenovirais representem o sistema de transferência gênica mais utilizado para a terapia de genes de câncer, seu uso por via sistêmica é limitado principalmente por inativação pelo sistema imune. Diferentes técnicas visam proteger as partículas de vírus do sistema imunológico e direcioná-las para o leito tumoral. Uma dessas técnicas envolve a utilização de células estaminais mesenquimais (MSCs). As propriedades dos MSC incluem a auto renovação, o potencial de diferenciação, bem como a sua capacidade de migrar e infiltrar tumores. Para este fim, nosso objetivo era utilizar MSCs murinos como portadores de adenovírus que expressam IFNbeta e para verificar se a presença de p19Arf nas células tumorais aumentaria a sua sensibilidade para IFNbeta. Para itso, os CTMs foram isolados da medula óssea ou do tecido adiposo de ratinhos C57BL/ 6 machos. Foi verificada a presença de marcadores de CTM (Sca1, CD29) e a ausência de marcadores para linhagens hematopoiéticas (CD31, CD11b, CD45). Sendo as CTM do tecido adiposo foram mais fáceis de cultivar, estes foram utilizados nos seguintes ensaios. In vitro, a aplicação do vector adenoviral que codifica um gene repórter (eGFP) resultou em mais de 70% de eficiênciamde transdução de CTM, sem indução de alterações morfológicas até 72 horas após o tratamento. A aplicação de vector portador de IFNbeta também foi bem tolerada, no entanto transdução com p19Arf sozinho ou em combinação com IFNbeta induziu alterações morfológicas nas CTMs. Em seguida, as células B16-F10 foram transduzidas ou não com o vetor codificando p19Arf e co-cultivadas com MSCs que foram transduzidas ou não com IFNbeta, demonstrando que a presença de p19Arf confere sensibilidade aumentada de células B16-F10 ao tratamento com IFNbeta . Em ensaios preliminares, os tumores B16-F10 foram estabelecidos subcutaneamente em camundongos C57BL / 6 e, posteriormente, as MSC marcadas com eGFP foram aplicadas na circulação após a injeção da veia da cauda. Após 48 horas, estes tumores foram recuperados e a presença de células positivas para eGFP foi confirmada, indicando que os MSCs se infiltraram no microambiente do tumor / The many different forms of cancer represent a tremendous investment for public health all over the world. Although the efforts of both diagnostic and therapeutic medicine have reduced the number of deaths due to cancer, many tumor types remain impervious to traditional therapy. An alternative is the use of gene therapy which entails the transfer of a therapeutic gene to the tumor cells with the expectation of inhibiting tumor progression. Our laboratory has developed a series of adenoviral vectors where transgene expression is controlled by p53 and we have used these vectors to show that the presence of p19Arf (a functional partner of p53) sensitizes murine melanoma cells, B16-F10 (p53-wild type), to the action of interferon-beta (IFNbeta, a pleiotropic cytokine) when tested in vitro. Even though adenoviral vectors are the most utilized gene transfer system for cancer gene therapy, their systemic application is limited principally by immune inactivation. Different techniques aim to protect the virus particles from the immune system and to direct them to the tumor bed. One of these techniques involves the utilization of mesenchymal stem cells (MSCs). The properties of MSCs include self-renewal, the potential for differentiation as well as their ability to migrate to and infiltrate tumors. To this end, our objective was to utilize murine MSCs as carriers of adenovirus that express IFNbeta and to verify if the presence of p19Arf in the tumor cells would enhance their sensitivity to IFNbeta. For this, MSCs were isolated from bone marrow or adipose tissue from male C57BL/6 mice. The presence of MSC markers (Sca1, CD29) was verified as was the absence of markers for hematopoietic lineages (CD31, CD11b, CD45). Since the MSCs from adipose tissue were easier to cultivate, these were utilized in the following assays. In vitro, application of the adenoviral vector encoding a reporter gene (eGFP) at a multiplicity of infection of 1000 resulted in the transduction of more than 70% of the MSCs and without the induction of morphological alterations even by 72 hours post treatment. The application of a vector encoding IFN? was also well tolerated, however transduction with p19Arf alone or in combination with IFNbeta induced morphologic alterations in the MSCs. Next, B16-F10 cells were transduced or not with the vector encoding p19Arf and co-cultivated with MSCs that had been transduced or not with IFNbeta, demonstrating that the presence of p19Arf confers enhanced sensitivity of B16-F10 cells to the treatment with IFN?. In preliminary assays, B16-F10 tumors were established subcutaneously in C57BL/6 mice and later MSCs labeled with eGFP were applied in the circulation upon tail vein injection. After 48 hours, these tumors were recovered and the presence of eGFP-positive cells was confirmed, indicating that the MSCs infiltrated the tumor microenvironment