Immunotherapy of HPV16 - associated cancers and regulation of antitumour immune response

• Thesis title in Czech: Imunoterapie nádorů asociovaných s virem HPV16 a regulace protinádorové imunitní odpovědi
• Thesis title in English: Immunotherapy of HPV16 - associated cancers and regulation of antitumour immune response
• Key words: dendritické buňky, 5-azacytidin, α-galaktosylceramid, NKT buňky, protilátka anti-CD25, trichostatin A, vakcíny, imunoterapie, HPV 16, T regulační buňky, nádory deficientní v molekulách MHC I. třídy, nádorová linie TC-1, nádorová linie TC-1/A9, peptidy
• English key words: dendritic cells, 5-azacytidine, α-galactosylceramide, NKT cells, anti-CD25 Ab, trichostatin A, vaccines, immunotherapy, HPV 16, T regulatory cells, MHC class I-deficient tumours, TC-1 tumour cell line, TC-1/A9 tumour cell line, peptides
• Academic year of topic announcement: 2007/2008
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Genetics and Microbiology (31-140)
• Supervisor: RNDr. Milan Reiniš, CSc.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 27.05.2013
• Date of assignment: 27.05.2013
• Confirmed by Study dept. on: 27.05.2013
• Date and time of defence: 09.10.2013 15:00
• Date of electronic submission: 27.05.2013
• Date of proceeded defence: 09.10.2013
• Opponents: doc. Marie Lipoldová, CSc.

Preliminary scope of work

Úroveň exprese MHC I. třídy (MHC I) na povrchu nádorových buněk je často podceňována. Představuje však jeden z důležitých mechanismů, jak nádorové buňky unikají imunitnímu systému. To může přispět k selhání většiny protinádorových imunoterapií, které jsou většinou založrny na indukci cytotoxických lymphocytů. Epigenetické změny v promotorech genů účastnících se prezentace antigenů v kontextu MHC I. třídy mohou regulovat expresi povrchových MHC I molekul. Tímto způsobem mohou epigenetické modifikátory navodit expresi MHC I. třídy na nádorových buňkách a zviditelnit je tak pro CD8⁺ efektorové buňky. Mimoto epigenetické modulatory ovlivňují i buňky imunitního systému jako jsou dendritické buňky (DC). Neoplasie mohou uniknout imunitní odpovědi nejen změnami v nádorových buňkách, ale i díky působení imunoregulačních buněčných populací jako jsou (regulační T buňky) Treg.
Tato práce se zaměřuje především na potenciální vakcíny založené na bázi DC proti nádorům associovaných s HPV 16 odlišných v expresi MHC I, kombinaci imunoterapie s aplikací epigenetických modifikátorů se zaměřením na DC, na dopad použití protilátky proti CD25 (využívané k depleci Treg) na Treg, NKT buňky a na růst nádorů.
Výsledky získané z projektů zahrnutých v této disertační práci jsou důležité pro optimalizaci vakcinačních a kombinovaných chemo-imunoterapeutických strategií beroucích v úvahu status MHC I na neoplasiích. Dokumentujeme, že epigenetické modifikátory mohou obnovit expresi MHC I a tak mohou zviditelnit nádory pro imunitní systém. Naše data poskytují důkaz, že mimo známé cíle epigenetických agents nebo imunoregulačních protilátek, další nespecifické nebo nepřímé aktivity by měli být během terapie zváženy. Z výsledků vyplývá, že účinnost peptidových vakcín proti MHC I-deficientním nádorům může být zvýšena přidáním CD4 epitopu nebo imunizací dedritickými buňkami pulsovanými peptidy. Aplikace epigenetických agents sensitizovala MHC I-deficientní nádory k imunoterapii CpG ODN (oligodeoxynukleotidy s CpG motivy) nebo IL-12 produkující buněčnou vakcínou, imunoterapeutický efekt byl alespoň částečně zprostředkován CD8⁺ buňkami. Aplikace epigenetických agents ovlivnila maturaci DC, hlavně byla snížena produkce cytokinů (IL-6, IL-10, IL-12, IL-23, IFNγ. Podání protilátky proti CD25 (PC61) používané pro depleci Treg narušilo aktivaci NKT buněk. Naše data poskytují důkaz, že mimo známé cíle epigenetických modifikátorů nebo imunoregulačních protilátek, další nespecifické nebo nepřímé aktivity be měly být zváženy během imunoterapie.

Preliminary scope of work in English

The MHC class I status of tumour cells during immunotherapy is often underestimated. It represents one of important tumour escape mechanisms and thus can contribute to the failure of most of the cancer clinical trials that are usually based on the induction of cytotoxic T cell responses. Epigenetic changes in the promoters of genes involved in the MHC class I Ag presentation can result in decreased expression of the cell surface MHC molecules on tumour cells. Thus, epigenetic modifiers can restore an expression of the MHC class I molecules and make tumours visible to the CD8⁺ effector cells. Besides the epigenetic changes on the tumour cells, epigenetic modulators affect cells of the immune system such as dendritic cells (DC). Tumour cells can escape from the immune response not only by changes in the cancer cells, but also by influencing, expanding and/or activating immunoregulatory cell populations, such as regulatory T cells (Treg).
This thesis focuses on the potential of the DC-based vaccines against HPV-16-associated tumours with a different MHC class I expression, on the combination of cancer immunotherapy with the treatment using epigenetic modifiers, with special attention paid to their effects on DC, and, finally, on the impacts of the anti-CD25 antibody (used for Treg elimination) on Treg and NKT cells, as well as on tumour progression.
Results obtained from the projects involved in this dissertation are important for optimization of vaccination and immunotherapeutic strategies that take into the account the MHC class I status of neoplasia. Our findings suggest that the efficiency of peptide vaccines against MHC class I-deficient tumours can be increased by peptides harbouring CD4 epitopes or by longer peptides requiring DC processing. In addition, the treatment of MHC class I-deficient tumour by epigenetic agents sensitized neoplasia towards the immunotherapy using of CpG ODN (oligodeoxynucleotide containing CpG motif) or IL-12-producing cellular vaccine. We reported the modulation of immune responses in several experimental settings. Application of anti-CD25 mAb (PC61) impaired the NKT cell activation and treatment by epigenetic modifiers interfered with DC maturation. Our data provide evidence that besides the known targets of epigenetic modifiers or immunoregulatory antibodies, other unspecific or indirect activities should be considered during the therapy.