Oncolytic measles virus is a promising cancer therapeutic in clinical trials which possesses multiple characteristics that are advantageous over traditional therapies. Currently, clinical oncolytic measles virus vectors are unmodified or express reporter transgenes that benefit its therapeutic efficacy. The next phase in its development will see genetically engineered vectors encoding transgenes that enhance its antineoplastic effects. To this end, preclinical research has focused on studying novel transgenes which favour viral replication, cytotoxicity, and the anti-cancer immune response. We sought to encode artificial micoRNAs targeting RIG-I as a strategy to interfere with innate immunity. Silencing RIG-I with multiple siRNAs yielded one which promotes measles virus syncytia formation through a mechanism that appears to be independent of RIG-I. The mechanism caused by the siRNA leads to enhanced measles virus cell-cell fusion and has peculiar characteristics which are not fully understood.

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Tesis por compendio / [ES] La mejora genética vegetal tiene como objetivo la obtención de plantas con rasgos mejorados o características novedosas que podrían ayudar a superar los objetivos de sostenibilidad. Para este fin, la biotecnología vegetal necesita incorporar nuevas herramientas de ingeniería genética que combinen una mayor precisión con una mayor capacidad de mejora. Las herramientas de edición genética recientemente descubiertas basadas en la tecnología CRISPR/Cas9 han abierto el camino para modificar los genomas de las plantas con una precisión sin precedentes. Por otro lado, los nuevos enfoques de biología sintética basados en la modularidad y la estandarización de los elementos genéticos han permitido la construcción de dispositivos genéticos cada vez más complejos y refinados aplicados a la mejora genética vegetal. Con el objetivo final de expandir la caja de herramientas biotecnológicas para la mejora vegetal, esta tesis describe el desarrollo y la adaptación de dos nuevas herramientas: una nueva endonucleasa específica de sitio (SSN) y un interruptor genético modular para la regulación de la expresión transgénica. En una primera parte, esta tesis describe la adaptación de CRISPR/Cas12a para la expresión en plantas y compara la eficiencia de las variantes de Acidaminococcus (As) y Lachnospiraceae (Lb) Cas12a con Streptococcus pyogens Cas9 (SpCas9) descritos anteriormente en ocho loci de Nicotiana benthamiana usando expresión transitoria. LbCas12a mostró la actividad de mutagénesis promedio más alta en los loci analizados. Esta actividad también se confirmó en experimentos de transformación estable realizados en tres plantas modelo diferentes, a saber, N. benthamiana, Solanum lycopersicum y Arabidopsis thaliana. Para este último, los efectos mutagénicos colaterales fueron analizados en líneas segregantes sin la endonucleasa Cas12a, mediante secuenciación del genoma descartándose efectos indiscriminados. En conjunto, los resultados muestran que LbCas12a es una alternativa viable a SpCas9 para la edición genética en plantas. En una segunda parte, este trabajo describe un interruptor genético reversible destinado a controlar la expresión génica en plantas con mayor precisión que los sistemas inducibles tradicionales. Este interruptor, basado en el sistema de recombinación del fago PhiC31, fue construido como un dispositivo modular hecho de partes de ADN estándar y diseñado para controlar el estado transcripcional (encendido o apagado) de dos genes de interés mediante la inversión alternativa de un elemento regulador central de ADN. El estado del interruptor puede ser operado externa y reversiblemente por la acción de los actuadores de recombinación y su cinética, memoria y reversibilidad fueron ampliamente caracterizados en experimentos de transformación transitoria y estable en N. benthamiana. En conjunto, esta tesis muestra el diseño y la caracterización funcional de herramientas para la ingeniería del genómica y biología sintética de plantas que ahora ha sido completada con el sistema de edición genética CRISPR/Cas12a y un interruptor genético reversible y biestable basado en el sistema de recombinación del fago PhiC31. / [CA] La millora genètica vegetal té com a objectiu l'obtenció de plantes amb trets millorats o característiques noves que podrien ajudar a superar els objectius de sostenibilitat. Amb aquesta finalitat, la biotecnologia vegetal necessita incorporar noves eines d'enginyeria genètica que combinen una major precisió amb una major capacitat de millora. Les eines d'edició genètica recentment descobertes basades en la tecnologia CRISPR/Cas9 han obert el camí per modificar els genomes de les plantes amb una precisió sense precedents. D'altra banda, els nous enfocaments de biologia sintètica basats en la modularitat i l'estandardització dels elements genètics han permès la construcció de dispositius genètics cada vegada més complexos i sofisticats aplicats a la millora genètica vegetal. Amb l'objectiu final d'expandir la caixa d'eines biotecnològiques per a la millora vegetal, aquesta tesi descriu el desenvolupament i l'adaptació de dues noves eines: una nova endonucleasa específica de lloc (SSN) i un interruptor genètic modular per a la regulació de l'expressió transgènica . En una primera part, aquesta tesi descriu l'adaptació de CRISPR/Cas12a per a l'expressió en plantes i compara l'eficiència de les variants de Acidaminococcus (As) i Lachnospiraceae (Lb) Cas12a amb la ben establida Streptococcus pyogens Cas9 (SpCas9), en vuit loci de Nicotiana benthamiana usant expressió transitòria. LbCas12a va mostrar l'activitat de mutagènesi mitjana més alta en els loci analitzats. Aquesta activitat també es va confirmar en experiments de transformació estable realitzats en tres plantes model diferents, a saber, N. benthamiana, Solanum lycopersicum i Arabidopsis thaliana. Per a aquest últim, els efectes mutagènics col·laterals van ser analitzats en línies segregants sense l'endonucleasa Cas12a, mitjançant seqüenciació completa del genoma i descartant efectes indiscriminats. En conjunt, els resultats mostren que LbCas12a és una alternativa viable a SpCas9 per a l'edició genètica en plantes. En una segona part, aquest treball descriu un interruptor genètic reversible destinat a controlar l'expressió gènica en plantes amb major precisió que els sistemes induïbles tradicionals. Aquest interruptor, basat en el sistema de recombinació del bacteriòfag PhiC31, va ser construït com un dispositiu modular fet de parts d'ADN estàndard i dissenyat per controlar l'estat transcripcional (encès o apagat) de dos gens d'interès mitjançant la inversió alternativa d'un element regulador central d'ADN. L'estat de l'interruptor pot ser operat externa i reversiblement per acció dels actuadors de recombinació i la seva cinètica, memòria i reversibilitat van ser àmpliament caracteritzats en experiments de transformació transitòria i estable en N. benthamiana. En conjunt, aquesta tesi mostra el disseny i la caracterització funcional d'eines per a l'enginyeria del genòmica i biologia sintètica de plantes que ara ha sigut completat amb el sistema d'edició genètica CRISPR/Cas12a i un interruptor genètic biestable i reversible basat en el sistema de recombinació del bacteriòfag PhiC31. / [EN] Plant breeding aims to provide plants with improved traits or novel features that could help to overcome sustainability goals. To this end, plant biotechnology needs to incorporate new genetic engineering tools that combine increased precision with higher breeding power. The recently discovered genome editing tools based on CRISPR/Cas9 technology have opened the way to modify plant¿s genomes with unprecedented precision. On the other hand, new synthetic biology approaches based on modularity and standardization of genetic elements have enabled the construction of increasingly complex and refined genetic devices applied to plant breeding. With the ultimate goal of expanding the toolbox of plant breeding techniques, this thesis describes the development and adaptation to plant systems of two new breeding tools: a site-specific nuclease (SSNs), and a modular gene switch for the regulation of transgene expression. In a first part, this thesis describes the adoption of the SSN CRISPR/Cas12a for plant expression and compares the efficiency of Acidaminococcus (As) and Lachnospiraceae (Lb) Cas12a variants with the previously described Streptococcus pyogens Cas9 (SpCas9) in eight Nicotiana benthamiana loci using transient expression experiments. LbCas12a showed highest average mutagenesis activity in the loci assayed. This activity was also confirmed in stable genome editing experiments performed in three different model plants, namely N. benthamiana, Solanum lycopersicum and Arabidopsis thaliana. For the latter, off-target effects in Cas12a-free segregating lines were discarded at genomic level by deep sequencing. Collectively, the results show that LbCas12a is a viable alternative to SpCas9 for plant genome engineering. In a second part, this work describes the engineering of a new reversible genetic switch aimed at controlling gene expression in plants with higher precision than traditional inducible systems. This switch, based on the bacteriophage PhiC31 recombination system, was built as a modular device made of standard DNA parts and designed to control the transcriptional state (on or off) of two genes of interest by alternative inversion of a central DNA regulatory element. The state of the switch can be externally and reversibly operated by the action of the recombination actuators and its kinetics, memory, and reversibility were extensively characterized in N. benthamiana using both transient expression and stable transgenics. Altogether, this thesis shows the design and functional characterization of refined tools for genome engineering and synthetic biology in plants that now has been expanded with the CRISPR/Cas12a gene editing system and the phage PhiC31-based toggle switch. / Bernabé Orts, JM. (2019). Development and characterization of two new tools for plant genetic engineering: A CRISPR/Cas12a-based mutagenesis system and a PhiC31-based gene switch [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/133055 / Compendio

De nombreuses données suggèrent que le succès thérapeutique de certaines chimiothérapies conventionnelles, radiothérapies, ainsi que des thérapies ciblées est dû à leur capacité a induire la mort cellulaire immunogène (ICD), ce qui stimule la libération ou l'exposition des motifs moléculaires associés à un dommage (DAMPs) conduisant à leur reconnaissance par le système immunitaire, rétablissant ainsi l'immunosurveillance. En utilisant un criblage non polarisé, le crizotinib a été identifié en tant qu'inhibiteur de tyrosine-kinase ayant la capacité de stimuler la libération de caractéristiques distinctives de l’ICD. Des expériences faites par la suite ont montréque le crizotinib induit l'exposition de la calreticulin, la sécrétion d'ATP et la libération d’HMGB1, ainsi que le stress du réticulum endoplasmique dans les lignées cellulaires cancéreuses murines et humaines, notamment en combinaison avec les agents non immunogènes tel que le cisplatine. L’ICD causée par la combinaison du crizotinib avec la chimiothérapie a aussi été observée dans les cellules du cancer bronchique non à petites cellules (NSCLC), cellules ne possédant pas de mutations activatrices d’ALK ou ROS1 ; cela suggère un mode d'action hors-cible. Des études comparatives ont montré que seule la conformation utilisée en clinique, l’isoforme (R)-crizotinib, a la capacité de stimuler l’ICD ; le (S)-énantiomère ne possède pas ces caractéristiques. Combinées au cisplatine, les cellules fibrosarcome MCA205 et les cellules cancéreuses du poumon TC-1 traitées avec le crizotinib ont vacciné efficacement les souris immunocompétentes syngéniques contre la croissance des cellules vivantes de même type. Le crizotinib a amélioré l'efficacité de la chimiothérapie dans trois modèles de cancer du poumon orthotopiques : transplantable, induit par des carcinogènes et induites par les oncogènes. De façon remarquable, l’effet du crizotinib est aboli si un des signaux de l’ICD est bloqué. L'efficacité anticancéreuse dans chaque modèle s’est révélé être lié à l'infiltration de lymphocytes T, montrant l’implication d’une réaction immunitaire. Cela a été confirmé par des expériences chez des souris immunodéficientes (nu/nu, déficientes en thymodépendantes lymphocytes T) et dans des souris immunocompétentes dans lesquelles l’interféron gamma a été neutralisé à l’aide d’un anticorps ; l’effet du crizotinib était aboli dans les deux modèles. La combinaison du crizotinib avec le cisplatine a entraîné un accroissement de l'expression de PD-1, PDL-1 et CTLA-4 dans la tumeur, s’accompagnant par conséquent d'une sensibilisation importante des NSCLC à l'immunothérapie avec des anticorps anti-PD-1 et CTLA-4. Ainsi, la combinaison du crizotinib avec la chimiothérapie conventionnelle et les inhibiteurs des points de contrôle immunitaire peuvent être actifs contre le NSCLC. Les données présentées dans cette thèse pourraient faciliter la conception d’essais cliniques afin d’établir de nouvelles stratégies combinatoires pour le traitement des NSCLC. / Accumulating evidence suggests that certain conventional chemotherapies, radiotherapies, as well as targeted therapies mediate their long-term therapeutic success by inducing immunogenic cell death (ICD), which stimulate the release or exposure of danger-associated molecular patterns from or on cancer cells, causing their recognition by the immune system, thus reinstating immunosurveillance. An unbiased screen identified crizotinib as a tyrosine kinase inhibitor that is potent in provoking hallmarks of ICD. In subsequent low-throughput validation experiments, crizotinib promoted Calreticulin exposure, ATP secretion, HMGB1 release, as well as ER stress in both human and murine cancer cells, especially if it is combined with normally non-ICD inducing chemotherapeutics such as cisplatin. ICD induced by the combination of chemotherapy and crizotinib was also observed in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cells lacking activating mutations of the crizotinib targets ALK and ROS1, suggesting an off-target-mediated mode of action. Comparative studies indicated that exclusively the clinically used (R) isoform of crizotinib was efficient in inducing cell death and stimulating ICD hallmarks whereas the (S) enantiomer lacked those characteristics. When combined with cisplatin, crizotinib-killed fibrosarcoma MCA205 cells as well as lung cancer TC-1 cells efficiently vaccinated syngeneic immunocompetent mice against a re-challenge with live cancer cells of the same types. Crizotinib improved the efficacy of chemotherapy with non-ICD inducers (such as cisplatin and mitomycin C) on three distinct (transplantable, carcinogen- or oncogene induced) orthotopic NSCLC models, none of which relied on the activation of ALK or ROS1. Of note these anticancer effects were completely lost if any of the ICD signals was blocked. These anticancer efficacies in different models were linked to an increased T lymphocyte infiltration as a sign of an immune response and were lost if such tumors grew on immunodeficient (nu/nu) mice that are athymic and hence lack thymus-dependent T lymphocytes, or on immunocompetent mice with a neutralization of interferon-. The combination of cisplatin and crizotinib led to an increase in the expression of CTLA-4, PD-1 and PD-L1 in tumors, coupled to a strong sensitization of NSCLC to immunotherapy with antibodies blocking CTLA-4 and PD-1. Hence, a combination of crizotinib, conventional chemotherapy and immune checkpoint blockade may be active against NSCLC, and these data might facilitate the design of clinical trials to evaluated novel combination regiments for the treatment of NSCLC.

Classically it was assumed that the compounds with therapeutic effect exert their action interacting with a single receptor. Nowadays it is widely recognized that the pharmacological effect of most drugs is more complex and involves a set of receptors, some associated to their positive effects and some others to the side effects and toxicity. Antipsychotic drugs are an example of effective compounds characterized by a complex pharmacological profile binding to several receptors (mainly G protein-coupled-receptors, GPCR). In this work we will present a detailed study of known antipsychotic drugs and the receptors potentially involved in their binding profile, in order to understand the molecular mechanisms of the antipsychotic pharmacologic effects.The study started with obtaining homology models for all the receptors putatively involved in the antipsychotic drugs receptorome, suitable for building consistent drug-receptor complexes. These complexes were structurally analyzed and compared using multivariate statistical methods, which in turn allowed the identification of the relationship between the pharmacological properties of the antipsychotic drugs and the structural differences in the receptor targets. The results can be exploited for the design of safer and more effective antipsychotic drugs with an optimum binding profile. / Tradicionalmente se asumía que los fármacos terapéuticamente efectivos actuaban interaccionando con un único receptor. Actualmente está ampliamente reconocido que el efecto farmacológico de la mayoría de los fármacos es más complejo y abarca a un conjunto de receptores, algunos asociados a los efectos terapéuticos y otros a los secundarios y toxicidad. Los fármacos antipsicóticos son un ejemplo de compuestos eficaces que se caracterizan por unirse a varios receptores simultáneamente (principalmente a receptores unidos a proteína G, GPCR). El trabajo de la presente tesis se ha centrado en el estudio de los mecanismos moleculares que determinan el perfil de afinidad de unión por múltiples receptores de los fármacos antipsicóticos.En primer lugar se construyeron modelos de homología para todos los receptores potencialmente implicados en la actividad farmacológica de dichos fármacos, usando una metodología adecuada para construir complejos fármaco-receptor consistentes. La estructura de estos complejos fue analizada y se llevó a cabo una comparación mediante métodos estadísticos multivariantes, que permitió la identificación de asociaciones entre la actividad farmacológica de los fármacos antipsicóticos y diferencias estructurales de los receptores diana. Los resultados obtenidos tienen interés para ser explotados en el diseño de fármacos antipsicóticos con un perfil farmacológico óptimo, más seguros y eficaces.