Encouraging studies have already demonstrated the anti-cancer clinical potential of T cell therapy, an innovative approach concerning the infusion of ex-vivo expanded tumor-specific T cells into patients with the aim to provide these individuals with immediate adaptive immunity against transformed cells. However, despite early success against hematologic malignancies and metastatic melanoma, significant challenges remain to be overcome before T cell therapy can be applied to effectively treat patients suffering from a wide range of solid cancers. For instance, the ability of intratumoral T cells to eliminate transformed cells is heavily restricted by a battery of patent immunosuppressive mechanisms that are at play within solid tumors. As such, significant focus has been placed recently on elucidating the inner workings of these inhibitory processes with ultimate aim of developing strategies to neutralize their impact on T cell functionality. lnterestingly, close examination of such research reveals that multiple immunosuppressive mechanisms prevalent within the solid tumor microenvironment, such as interstitial buildup of adenosine and prostaglandin E2 (PGE2), share the capacity to induce accumulation of the pleiotropic second messenger cyclic adenosine monophosphate (cAMP) within the T cell cytoplasm. lntriguingly, a large body of literature has aise established the inhibitory nature of ongoing cAMP signaling within such cells, in effect raising the possibility that induction of cAMP buildup within tumor infiltrating T cells constitutes an important component of multiple mechanisms that curtail T cell-mediated anti-tumor responses. By presuming that this assumption holds true, we reasoned that preventing accumulation of this second messenger within intratumoral T cells will mitigate, at least in part, the negative impact of multiple immunosuppressive processes on the capacity of these cells to contain tumor growth. Thus, over the course of this PhD thesis we sought to determine whether overexpression of the phosphodiesterase isoform PDE4B2 in T cells averts cAMP accumulation within the cytoplasm of these cells consequently shielding them from ensuing suppression transpiring either in vitro or within the context of adoptive T cell therapy. Finally, given the strong inhibitory effect of PDl/PDLl signaling on T cell functionality as well as the reported potency of treatments targeting this particular signaling axis, we aise attempted to address if concurrent blockade of the PDl/PDLl signaling synergizes with PDE4B2 overexpression towards bolstering tumor contrai.
ln accordance with our hypothesis, we documented that expression of exogenous PDE4B2 in murine or human primary T cells prevents intracellular cAMP buildup as well as the consequent suppression of activation, Thl cytokine production, degranulation, proliferation and cytotoxicity displayed by these cells in vitro. Along these lines and in complete harmony with our premise, forced overexpression of PDE4B2 within adoptively transferred tumor-specific mouse T celis tended to slow tumor growth in vivo, despite tending to favor the terminal differentiation of these celis. Unexpectedly, while PDl/PDLl blockade therapy tended to improve the intratumoral persistence and functionality of PDE4B2-transduced tumor-specific T cells, this immunotherapeutic intervention failed to further improve the tumor contrai exerted by these cells. Critically, apart from corroborating recent studies proclaiming that overexpression of PDE isoforms in human T cells precludes cAMP-induced suppression in vitro, we also provide original proof that this engineering approach tends to augment the capacity of adoptively transferred tumor-specific T cells to contrai syngeneic solid tu mors in vivo. Consequently, when taken as a whole, data generated within the context of this PhD thesis not only serve to indirectly reinforce the narrative that cAMP accumulation within intratumoral T cells blunts T cell-mediated anti-tumor responses, but also herald a clinically-applicable approach to improve the efficacy of adoptive cell transfer (ACT) regimens that are currently applied to treat patients with solid tumor malignancies.
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Des études encourageantes ont d'ores et déjà démontré le potentiel clinique anticancéreux de la thérapie cellulaire par les lymphocytes T, une approche innovante concernant la perfusion à des patients de cellules T spécifiques de la tumeur, cultivées en ex vivo dans le but de leur fournir une immunité adaptative immédiate contre les cellules transformées. Cependant, malgré le succès précoce contre les hémopathies malignes et le mélanome métastatique, des défis importants restent à relever avant que la thérapie cellulaire par cellules T puisse être appliquée pour traiter efficacement les patients souffrant d'un large éventail de cancers solides. Par exemple, la capacité des cellules T intra-tumorales à éliminer les cellules transformées est extrêmement restreinte par une multitude de mécanismes immunosuppresseurs puissants qui jouent un rôle dans les tumeurs solides. En tant que tel, l'accent a été mis récemment sur la mise en évidence du fonctionnement interne de ces processus inhibiteurs dans l'ultime but de développer des stratégies pour neutraliser leur impact sur l'action des lymphocytes T.
Fait intéressant, un examen attentif de ces recherches révèle que de multiples mécanismes immunosuppresseurs prévalant dans le microenvironnement de la tumeur solide, tels que l'accumulation interstitielle d'adénosine et de PGE2, portent la capacité d'induire l'accumulation d'AMP cyclique dans les lymphocytes T. Curieusement, un grand nombre de publications a montré la nature inhibitrice de signaux liés à l'AMP cyclique à l'intérieur de ces cellules. En effet, ceci augmente les probabilités que l'accumulation d'AMP cyclique dans les cellules T infiltrantes constitue une composante importante des multiples mécanismes qui réduisent la réponse antitumorale médiée par les cellules T. En supposant que cette hypothèse soit vraie, nous avons estimé qu'empêcher l'accumulation de ce second messager à l'intérieur des lymphocytes T intra-tumoraux atténuerait, au moins en partie, l'impact négatif de plusieurs processus immunosuppresseurs sur la capacité de ces cellules à contenir la croissance tumorale. Ainsi, au cours de cette thèse de doctorat, nous avons cherché à déterminer si la surexpression de l'isoforme de phosphodiestérase PDE4B2 dans les cellules T évite l'accumulation d'AMP cyclique dans le cytoplasme de ces cellules. Ceci aurait pour conséquence d'éviter leur inactivation tant in-vitro que dans le contexte d'une thérapie cellulaire T. Enfin, étant donné le fort effet inhibiteur de la signalisation PDl / PDLl sur la fonctionnalité des cellules T ainsi que l'efficacité décrite des traitements ciblant cet axe de signalisation, nous avons également tenté de déterminer si le blocage simultané de la signalisation PDl / PDLl agirait en synergie avec la surexpression de PDE4B2 menant au renforcement du contrôle des tumeurs.
Conformément à notre hypothèse, nous avons documenté que l'expression de PDE4B2 exogène dans les cellules T primaires murines ou humaines empêche l'accumulation intracellulaire d'AMP cyclique de même que la suppression de l'activité mène à la production de cytokines Th1, à la dégranulation, à la prolifération et à la cytotoxicité affichée par les cellules in vitro. Dans ce sens et en totale harmonie avec notre intuition, la surexpression forcée de PDE4B2 dans les cellules T murines spécifiques de la tumeur transférée de manière adoptive a ralenti la croissance tumorale in vivo, malgré la favorisation de la différenciation terminale de ces cellules. De manière inattendue, alors que la thérapie de blocage PDl / PDLl améliorait la persistance intratumorale et la fonctionnalité des cellules T spécifiques de la tumeur transduites par PDE4B2, cette intervention immunothérapeutique a échoué à améliorer davantage le contrôle de la tumeur exercé par ces cellules.
De manière critique, en plus de corroborer des études récentes prétendant que la surexpression des isoformes de PDE dans les cellules T humaines empêche la suppression induite par l'AMP cyclique in vitro, nous fournissons également la preuve originale que cette approche d'ingénierie augmente la capacité des cellules T spécifiques de la tumeur transférées de manière adoptive pour contrôler les tumeurs solides syngéniques in vivo. Par conséquent, prises dans leur ensemble, les données générées dans le cadre de cette thèse de doctorat ne servent pas seulement à renforcer indirectement le récit selon lequel l'accumulation d'AMP cycliques dans les cellules T intra-tumorales réduit les réponses antitumorales médiées par les cellules T, mais annoncent également une approche cliniquement applicable pour améliorer l'efficacité des schémas ACT actuellement appliqués pour traiter les patients atteints de tumeurs malignes solides.