Functional immunity requires a balanced T cell immune response, which entails the maintenance of de novo production (i.e. TCR repertoire diversity) and the appropriate differentiation of effector subsets at the periphery. However, numerous pathogenic changes can perturb this homeostasis. On the one hand, diminished thymopoiesis or exhausted effectors cause immune dysfunction, leading to the persistence of virally infected or cancerous cells. Unrestrained immune reaction, on the other hand, can cause significant tissue damage. The main objective of my thesis therefore was to develop novel therapeutics to modulate T cell immunity in the context of cancer and inflammatory diseases. Interleukin-7 (IL7) is critically involved in T cell development and homeostatic proliferation. In order to pharmacologically induce T cell neogenesis for immune reconstitution and cancer therapy, we developed a novel biopharmaceutical based on the fusion of GMCSF and IL7 (GIFT7). GIFT7 administration in aged mice led to cortical hyperplasia, effectively reversing tissue involution. GIFT7-mediated hypertrophic effect includes an increase in total thymic cellularity and more importantly a 4-fold increase in the number of CD4-CD8-CD44intCD25-early thymic precursors. In the periphery, GIFT7 selectively expand a CD8+subset from pre-activated T cells with a phenotype defined as CD8+CD44+CD62L+CCR7+KLRG-CD27+, hereafter TGIFT7. The adoptive transfer of OTI-derived CD8 TGIFT7 into OVA-EG7-bearing mice leads to significant tumor regression. Furthermore, the human ortholog of GIFT7 (hGIFT7) leads to a two-fold increase in total cell number after 3 days and >80% of Ki67+expression in both CD4+ and CD8+ PBMC with concurrent reduction in PD1 expression, the cardinal marker of T cell exhaustion. Therapeutically, augmented T cell immunity via GIFT7 delivery rescues mice from disseminated leukemia. On the opposite spectrum of hypofunction, self-directed T cell over-reaction also demands therapeutic intervention. We have previously shown N-terminal modified(tetra-peptide-cleaved) MCP3 possessed immune suppressive activity. In view of this, we hypothesized that a synthetic cytokine linking GMCSF to MCP3 (GMME3) as part of a single polypeptide would augment its immune plasticity. We demonstrated that GMME3 induces significant Ca++ influx, activating IL10+CD21hiCD24hi CD1.dhi subset of splenic B cells (BGMME3) capable of inhibiting antigen presentation and Th17. The adoptive transfer of BGMME3 to mice symptomatic with experimental autoimmune encephalitis attenuated disease progression. Overall, the research presented in this thesis supports the use of GMCSF-based fusion cytokine as novel immune regenerative and modulatory therapeutics to (i)augment thymopoiesis, (ii) promote effector expansion, (iii) and regulate helper polarization. Therefore, our work points to the translational potential of fusion cytokines or fusion-primed immune cells as treatment of T cell dysfunction. / L'immunité fonctionnelle des lymphocytes T exige le maintien de la diversité de répertoire et la différenciation appropriée des sous-ensembles à la périphérie. Cependant, les nombreux changements pathogènes peuvent perturber cette homéostasie. D'une part, la diminution de thymopoïèse ou l'épuisement des effecteurs provoquent un dysfonctionnement immunitaire, conduisant à la persistance des cellules infectées par des virus ou des cellules cancéreuses. Une réaction immunitaire effrénée peut, d'autre part, endommager les tissus. Le principal objectif de ma thèse était donc de développer de nouvelles thérapies pour moduler l'immunité des cellules T dans le contexte du cancer et des maladies inflammatoires. L'interleukine-7 (IL7) est particulièrement importante dans le développement des cellules T et sa prolifération homéostatique. Afin d'induire pharmacologiquement la néogenèse des cellules T, pour la reconstitution immunitaire et le traitement du cancer, nous avons développé un produit biopharmaceutique basé sur la fusion de GM-CSF et IL7 (GIFT7). L'administration de GIFT7 à des souris âgées a conduit à une hyperplasie corticale, inversant efficacement l'involution des tissus. L'effet hypertrophique du GIFT7 provoque une augmentation de la cellularité thymique totale et surtout une multiplication par 4 du nombre de CD4-CD8-CD44intCD25-précurseurs thymiques. Dans la périphérie, GIFT7 provoque la prolifération sélective d'un sous-ensemble CD8+ avec un phénotype défini comme CD8+CD44+CD62L+CCR7+KLRG-CD27+ (TGIFT7). Le transfert adoptif de cellules CD8 dérivée OTI-TGIFT7 dans l'OVA-EG7 des souris porteuses conduit à une régression tumorale significative. En outre, l'orthologue humain de GIFT7(hGIFT7) conduit à une multiplication par deux du nombre de cellules total après 3 jours et > 80% de Ki67+ expression dans les deux CD4+ et CD8+ PBMC avec réduction concomitante de PD1 expression, qui est le marqueur cardinal de l'épuisement des cellules T. L'augmentation de l'immunité des cellules T, via la livraison de GIFT 7, sauve les souris de leucémie diffusée. Sur le spectre opposé d'hypofonction, la sur-réaction de l'auto-cellule T exige également une intervention thérapeutique. Nous avons montré précédemment que le N-terminal modifié (tétra-peptide clivé) MCP3 possédait une activité immunitaire suppressive. Compte tenu de cela, nous avons émis l'hypothèse qu'une cytokine GM-CSF synthétique liée au MCP3 (GMME3) dans le cadre d'un polypeptide unique permettrait d'accroître sa plasticité immunitaire. Nous avons démontré que le GMME3 induit significativement Ca++ afflux, l'activation de l'IL10+CD21hiCD24hiCD1.dhi sous-ensemble de cellules B spléniques (BGMME3) capables d'inhiber la présentation de l'antigène et Th17. Le transfert adoptif de BGMME3 a atténué la progression de la maladie auto-immune de souris présentant des symptômes d'encéphalite expérimentale. Dans l'ensemble, la recherche présentée dans cette thèse soutient l'utilisation de la fusion pour la régénération immunitaire et de la thérapeutique modulation de (i) lathymopoïèse, (ii) l'expansion effecteur, (iii) et de la polarisation d' CD4+. Nos points de travail concernent le potentiel de translation de cytokines de fusion ou de fusion-apprêtées cellules immunitaires pour le traitement de la dysfonction des cellules T.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121154 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Hsieh, Hsiang Chuan |
| Contributors | Jacques Galipeau (Supervisor1), Nada Jabado (Supervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Medicine) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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