Immunotherapy offers a promising approach to cancer treatment by harnessing a patient’s own immune system to fight malignant cells. However, the clinical application of immunotherapy has been hindered by the immunosuppressive tumor microenvironment generated by cancer cells as a mechanism to impede immune function and evade immune detection. Clinically used immunotherapies, such as immune checkpoint inhibitors and adoptive cell therapy, aim to overcome the immunosuppressive tumor microenvironment by blocking key regulatory pathways and exogenously activating immune cells. While effective against some cancers, these therapies are still limited by systemic toxicity, poor delivery kinetics, and continuous tumor adaptation that leads to immune escape. Herein, we propose the synthesis of nanoscale branching DNA architectures, known as dendrons, to (1) encode and deliver a DNA sequence, termed G3YSD, capable of activating the cyclic GMP-AMP synthase (cGAS)-stimulator of interferon genes (STING) pathway; and (2) deliver epigenetic modifiers to reprogram immunosuppressive cues in tumor cells. This solution exploits the modularity, programmability, and ease of control over DNA synthesis to generate architectures that exhibit improved delivery kinetics and favorable presentation of cargo to enhance immunomodulatory effects. Our proposed solution directly targets immunosuppressive mechanisms in tumor cells to sensitize them to immune attack and make them more easily recognized by the immune system. Delivery of G3YSD-encoding dendrons to murine B16 melanoma significantly increased the expression of major histocompatibility complex I (MHC I) and programmed cell death-ligand 1 (PD-L1) surface-bound receptors, which are critical for immune signaling pathways. The chemical conjugation of romidepsin, a histone deacetylase inhibitor, to G3YSD-encoding dendrons resulted in more than a 2-fold increase in MHC I expression compared to unconjugated G3YSD sequences and free romidepsin, indicating that the spatial arrangement and presentation of romidepsin has a synergistic impact on cGAS-STING signaling. In addition, pretreatment of B16 melanoma cells with zebularine, a DNA methyltransferase inhibitor, followed by G3YSD-encoding dendrons significantly increased levels of cytotoxic T lymphocyte-mediated lysis in a physiologically relevant co-culture. Developing novel architectures capable of interacting with tumor cells to remodel and overcome immunosuppressive cues will lead to significant advances in the field of immunotherapeutic design and cancer treatment. / 2026-05-23T00:00:00Z

Die myotone Dystrophie ist eine Multisystemerkrankung, die sich hauptsächlich durch Myotonie, Muskelschwäche, sowie einen früh beginnenden Katarakt und kardiale Erregungsleitungsstörungen auszeichnet. Im Laufe der Zeit wurden zwei Typen dieser Erkrankung definiert, welche auf unterschiedlichen genetischen Defekten basieren. Dem Typ 1 der myotonen Dystrophie (DM1) liegt eine Expansion der CTG-Wiederholungssequenz im 3‘-untranslatierten Bereich des myotonic dystrophy protein kinase (DMPK) Gens auf dem Chromosom 19q13.3 zugrunde. Der myotone Dystrophie Typ 2 (DM2) wird hingegen durch eine Expansion der CCTG-Wiederholungssequenz im Intron 1 des CCHC-type zinc finger nucleic acid binding protein (CNBP) Gens auf Chromosom 3q21 verursacht. Trotz ähnlicher klinischer Symptome und pathologischer Mechanismen konnten wichtige Unterschiede zwischen den beiden Typen aufgedeckt werden. Daher müssen beide Formen der myotonen Dystrophie als eigenständige Erkrankungen betrachtet werden. Vorarbeiten der Günther-Arbeitsgruppe sowie zwei unabhängige Studien konnten ein erhöhtes Vorkommen von Autoimmunerkrankungen bei DM2 Patienten im Vergleich zur gesunden Population und zu DM1 Patienten feststellen. In dieser Arbeit wurde zudem eine erhöhte Expression von Interferon stimulierten Genen (ISGs) in Fibroblasten von DM2 Patienten nachgewiesen. Eine chronische Interferon Produktion kann zu der Entwicklung von Autoimmunerkrankungen führen, bei denen das körpereigene Immunsystem nicht nur pathogene, sondern auch endogene Strukturen angreift. Warum Autoimmunerkrankungen bei DM2 Patienten häufiger auftreten, war bisher nicht bekannt. Daher war das Ziel dieser Arbeit den zugrundeliegenden Mechanismus für dieses Phänomen zu untersuchen. Rezeptoren des Immunsystems können modifizierte Nukleinsäuren erkennen, wenn diese in hoher Konzentration in der Umgebung des Rezeptors vorliegen. Daher wurde zunächst die Lokalisation der in DM2 Patienten Fibroblasten zahlreich vorkommenden CCTG Wiederholungssequenzen untersucht. Dabei zeigte sich, dass die DM2 spezifischen RNA Wiederholungssequenzen nicht nur im Nukleus, sondern auch im Zytoplasma auftraten. Eine direkte Erkennung dieser zytosolischen RNA Wiederholungssequenzen durch die im Zytoplasma lokalisierten RNA Rezeptoren konnte jedoch nicht nachgewiesen werden. Allerdings konnte die Translation dieser RNA Wiederholungssequenzen durch den Prozess der Repeat assoziierten non-ATG (RAN) Translation mittels Nachweis der RAN Proteine LPAC und QAGR festgestellt werden. Diese RAN Proteine, sowie die Akkumulation der RNA Wiederholungssequenzen können einen zellulären Stress in den DM2 Patienten Fibroblasten auslösen, der sich in einem chronischen endoplasmatischen Retikulum (ER) Stress manifestierte. Der chronische ER Stress in den Fibroblasten von DM2 Patienten zeichnet sich vor allem durch eine Aktivierung des ATF6 Signalweges aus, um die Anpassung der Zellen an langanhaltenden Stress zu unterstützen. Interessanterweise zeigte sich eine Verbindung zwischen der erhöhten ISG Expression und der Aktivierung des ATF6 Signalweges, da eine Herunterregulierung von ATF6 in DM2 Patienten Fibroblasten zu einer Verringerung der erhöhten ISG Expression führte. Der chronische Stress innerhalb der Patienten Fibroblasten erfasste auch die Mitochondrien, was durch eine erhöhte Menge von mitochondrialen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), sowie eine Herunterregulierung von wichtigen mitochondrialen Genen gezeigt wurde. Bemerkenswerterweise war ein erhöhtes Vorkommen mitochondrialer DNA (mtDNA) im Zytoplasma der DM2 Patienten detektierbar, wobei eine erhöhte Apoptose Rate als Auslöser für die mtDNA Freilassung ausgeschlossen werden konnte. Durch eine Depletierung der mtDNA wurde ebenfalls eine Verringerung der ISG Expression in DM2 Patienten Fibroblasten erreicht. Dies wies nicht nur daraufhin, dass die mtDNA in die erhöhte Interferon Produktion in den Patientenzellen beteiligt ist, sondern auch auf eine Verbindung zwischen dem ER und den Mitochondrien. Um zu verstehen, wie mtDNA zu einer erhöhten Interferon Produktion führen kann, wurde der zytosolische DNA Rezeptor cGAS sowie das nachfolgende Adapterprotein STING herunterreguliert. Erstaunlicherweise führten diese Herunterregulierungen zu einer Verringerung der ISG Expression in Fibroblasten von DM2 Patienten. Dies deutet daraufhin, dass die erhöhte Produktion von Interferon in den Zellen der DM2 Patienten durch die Aktivierung des cGAS-STING Signalweges ausgelöst wird. In dieser Arbeit konnte eine erhöhte Stressantwort in Fibroblasten von DM2 Patienten festgestellt werden, die möglicherweise durch die gemeinsame Akkumulierung von RNA Wiederholungssequenzen und RAN Proteinen im Zytoplasma ausgelöst wird. Dieser Stress äußert sich in chronischem ER- und mitochondrialem Stress und führt zu einer Permeabilisierung der mitochondrialen Membran einzelner Mitochondrien. Dadurch können geringe Mengen mtDNA in das Zytoplasma freigesetzt werden, ohne den Prozess der Apoptose auszulösen. Die zytosolische mtDNA aktiviert den cGAS-STING Signalweg und führt zu einer erhöhten Produktion von Interferon, welche die Patienten für die Entwicklung von Autoimmunerkrankung prädisponiert. Durch den in dieser Arbeit aufgedeckten Mechanismus eröffnen sich potentielle therapeutische Ansatzpunkte für die bisher nicht behandelbare Erkrankung. Eine Hemmung des cGAS-STING Signalweges könnte die Entwicklung von Autoimmunerkrankungen bei den DM2 Patienten reduzieren. Dies ließe sich durch die Einbeziehung von DM2 Patienten in klinische Studien mit cGAS oder STING Inhibitoren prüfen. / Myotonic dystrophy, a multi-systemic disorder, is primarily characterised by myotonia, muscle weakness, early-onset cataracts, and cardiac conduction defects. Over time, two distinct types of this disease have been defined, each with unique genetic defects. Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is caused by a CTG repeat expansion in the 3’ untranslated region of the myotonic dystrophy protein kinase (DMPK) gene on chromosome 19q13.3. In contrast, myotonic dystrophy type 2 (DM2) is caused by a CCTG repeat expansion in intron 1 of the CCHC-type zinc finger nucleic acid binding protein (CNBP, former known as ZNF9) gene on chromosome 3q21. Despite the similarity in clinical presentation and pathological mechanisms, crucial differences between the two types have been uncovered, necessitating their consideration as distinct disease entities. Preliminary investigations by the Günther group, along with two independent studies have revealed a higher prevalence of autoimmune disorders in DM2 patients compared to the healthy population and DM1 patients. Furthermore, the current study has demonstrated an upregulation of interferon stimulated genes (ISGs) in fibroblasts derived from DM2 patients. Chronic interferon production can lead to the development of autoimmune disorders, causing the body´s immune system to mistakenly attack not only pathogens but also endogenous structures. Such misdirected immune responses can result in severe symptoms, significantly compromising the patients’ quality of life. The underlying mechanism for the increased incidence of autoimmune disorders in DM2 patients remains elusive, and this study aimed to unravel the mechanism responsible for this phenomenon. Innate receptors of the immune system can recognise modified nucleic acids when present in high concentrations in the receptor’s environment. Therefore, the localisation of the abundant CCTG repeats in DM2 patient fibroblast was investigated. Accumulation of these repeats was observed not only in the nucleus but also in the cytoplasm. However, there was no evidence for direct recognition of these cytosolic RNA repeats by cytoplasmic RNA receptors. Nevertheless, the translation of these RNA repeats through the process of repeat-associated non-ATG (RAN) translation was confirmed by the detection of the RAN proteins LPAC and QAGR. These RAN proteins and the accumulation of RNA repeats may contribute to cellular stress response, manifesting as chronic endoplasmic reticulum (ER) stress in fibroblasts derived from DM2 patients. Chronic ER stress in DM2 patient fibroblasts is characterised by the activation of the ATF6 signalling pathway, which is thought to support the adaptation of cells to prolonged stress. Interestingly, a connection between the increased ISG expression levels and ATF6 pathway activation was established, as a reduction of ATF6 in DM2 patient fibroblasts led to a reduction of ISG levels. The chronic stress within the patient fibroblasts also extended to the mitochondria. Evidence of mitochondrial stress was found in the form of increased mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and downregulation of essential mitochondrial genes. Notably, an increased presence of mitochondrial DNA (mtDNA) in the cytoplasm of DM2 patient fibroblasts was detected, although its release due to a high apoptosis rate was ruled out. Remarkably, depletion of this mtDNA also resulted in a reduction of ISG expression levels in DM2 patient fibroblasts, indicating the involvement of mtDNA in the increased interferon production in these patients and a connection between the ER and mitochondria. To elucidate how mtDNA can lead to increased interferon production, knockdowns of the cytoplasmic DNA sensing receptor cGAS and the downstream adaptor protein STING were performed. Surprisingly, this genetic manipulation led to a reduction of ISG expression levels in DM2 patient fibroblasts, suggesting that the increased interferon production in DM2 patients is triggered by the activation of the cGAS-STING signalling pathway. This study unveils a heightened stress response in fibroblast derived from DM2 patients. This elevated stress is likely triggered by the combined effect of the RNA repeat accumulation and the presence of RAN proteins in the cytoplasm, manifesting as chronic ER and mitochondrial stress. This persistent stress may lead to the selective permeabilization of mitochondrial membranes, allowing the release of mtDNA into the cytoplasm without inducing apoptosis. Remarkably, this cytoplasmic mtDNA activates the cGAS-STING signalling pathway, resulting in increased interferon production. This cascade of events predisposes DM2 patients to developing autoimmune disorders. The mechanism revealed in this study opens up a new perspective on potential therapies for DM2 patients, as effective treatments have been lacking thus far. The involvement of the cGAS-STING pathway provides the opportunity to explore the use of cGAS or STING inhibitors, which are currently in clinical trials, as a therapeutic approach for DM2 patients.

Les inhibiteurs de poly(ADP-ribose) polymérase (PARPi) ciblent sélectivement les cellules porteuses de défauts des voies de réparation de l’ADN tels que les mutations de BRCA1/2 et les défauts d’ERCC1. Sur le plan clinique, plusieurs PARPi ont été approuvés pour le traitement des cancers BRCA-mutés ou platine-sensibles du sein et de l’ovaire, et des essais cliniques sont en cours pour évaluer l’efficacité des PARPi dans le cancer bronchique non-à-petites cellules (CBNPC) platine-sensible. Alors que les PARPi ont un fort potentiel thérapeutique dans les cancers comportant des défauts de réparation de l’ADN, de plus en plus d’essais cliniques évaluent également l’efficacité de ces médicaments en combinaison avec les « inhibiteurs d’immune checkpoints » (ICI) dans diverses populations de patients. Dans ce contexte, il est essentiel de mieux comprendre comment les PARPi modulent la réponse immunitaire anti-tumorale, et d’étudier le potentiel immunologique inhérent de ces médicaments.Dans cette étude, nous avons établi que les cellules de CBNPC déficientes en ERCC1 expriment fortement la signature interféron (IFN) de type I, et que les tumeurs de CBNPC ayant une faible expression d’ERCC1 ont un infiltrat lymphocytaire renforcé. En utilisant des lignées cellulaires isogéniques et des xénogreffes dérivées de patients, nous avons montré que plusieurs PARPi, notamment l’olaparib et le rucaparib, ont des propriétés immunomodulatrices dans les modèles de CBNPC ERCC1-déficients et de cancers du sein triple-négatifs (CSTN) BRCA1-mutés. D’un point de vue mécanistique, les PARPi génèrent des fragments d’ADN cytoplasmiques ayant les caractéristiques de micronoyaux ; ceux-ci activent la voie cGAS/STING et déclenchent une réponse IFN de type I, associée à la sécrétion de la cytokine CCL5. De manière importante, ces effets sont largement diminués dans les cellules de CSTN BRCA1-révertantes et les cellules de CBNPC ré-exprimant ERCC1, ce qui suggère que les défauts de réparation de l’ADN amplifient les phénotypes immunitaires associés au traitement par PARPi. En outre, ces effets sont totalement abrogés dans les cellules de CSTN PARP1-neutralisées, ce qui confirme que les phénotypes observés dépendent d’un effet spécifique des PARPi sur leur cible.Au-delà de leur potentiel d’activation d’une immunité spécifique des cellules cancéreuses via cGAS/STING et la signalisation IFN de type I, nous avons également constaté que les PARPi potentialisent les effets inducteurs de l‘IFN de type II sur l’expression de PD-L1 dans des lignées cellulaires et cellules tumorales fraîches de patients CBNPC, surtout en présence de défauts d’ERCC1. De plus, nous avons montré que certains PARPi, utilisés à des concentrations létales, activent de manière indépendante les éléments moléculaires clés de la mort cellulaire immunogénique, dont l’exposition de la calréticuline à la surface des cellules cancéreuses, la sécrétion d’ATP et le relargage d’HMGB1 en grandes quantités dans le milieu extracellulaire.Dans l’ensemble, ces données précliniques suggèrent que les PARPi ont des propriétés immunomodulatrices intrinsèques qui participent à l’activation de réponses immunitaires anti-tumorales ; ce potentiel pourrait être exploité cliniquement en combinaison avec les ICI dans des populations adéquatement sélectionnées au plan moléculaire. / Poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors (PARPi) selectively target cancer cells with DNA repair deficiencies such as BRCA1/2 mutations or ERCC1 defects. Clinically, several PARPi are currently approved for the treatment of BRCA-mutant or platinum-sensitive advanced ovarian and breast cancers, and ongoing clinical trials are investigating the efficacy of PARPi in platinum-sensitive Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC). While PARPi constitute potent targeted therapies for the treatment of DNA repair-deficient malignancies, an increasing number of clinical trials are also evaluating their efficacy in combination with immune checkpoint inhibitor (ICI) in various populations. In this context, it is of critical importance to better understand how PARPi might modulate immune responses against cancer, and to investigate the inherent immunological potential of these agents.In this study, we show that ERCC1-defective NSCLC cells exhibit an enhanced type I interferon (IFN) transcriptomic signature and that low ERCC1 expression correlates with increased lymphocytic infiltration in human NSCLC tumours. Using isogenic cell lines and patient-derived xenografts, we further demonstrate that several clinical PARPi, including olaparib and rucaparib, display cell-autonomous immunomodulatory properties in ERCC1-defective NSCLC and BRCA1-mutant triple-negative breast cancer (TNBC) models. Mechanistically, PARPi generate cytoplasmic chromatin fragments with micronuclei characteristics; this activates the cGAS/STING pathway and elicits downstream type I IFN signalling and CCL5 secretion. Importantly, these effects are suppressed in BRCA1-reverted TNBC cells and ERCC1-rescued NSCLC cells, suggesting that DNA repair defects exacerbate the innate immunity-related phenotypes triggered by PARPi. Similarly, these effects are totally abrogated in PARP1-null TNBC cells, supporting the on-target effect of PARPi in mediating such phenotypes. Besides this potential to activate tumour cell-autonomous immunity through cGAS/STING and type I IFN signalling, we also observed that PARPi synergize with type II IFN to induce PD-L1 expression in NSCLC cell lines and fresh patient tumour cells, especially in the ERCC1-deficient setting. Moreover, we show that lethal concentrations of some PARPi independently activate the key damage-associated molecular patterns dictating the immunogenicity of cancer cell death, including calreticulin exposure at the tumour cell surface, ATP secretion and HMGB1 release in the extracellular compartment.Together, these preclinical data suggest that PARPi have intrinsic immunomodulatory properties that activate anti-cancer immune responses; this could be exploited clinically in combination with ICI in appropriately molecularly-selected populations.

<p>  </p> <p>The cGAS-STING axis represents a key pathway towards the activation of innate immunity against pathogens. However, persistent activation can lead to the development of autoimmune diseases, driving the need for the development of antagonists of cGAS-STING pathway. Herein, we describe the discovery of a small molecule STING binder HSD1077 through a STING based fluorescence polarization (FP) displacement assay. Initial SAR studies utilizing the FP displacement assay suggests the presence of pyrazole moieties critical for HSD1077 towards STING Binding. Additionally, we show that HSD1077 serves as an antagonist of the cGAS-STING pathway and effectively suppresses type-1 interferon expression upon 2’-3’cGAMP induction in both murine RAW macrophages and human THP-1 monocytes. HSD1077 in conclusion shows potential as a lead compound towards the further development of anti-inflammatory drugs. </p>