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Thérapie cellulaire et génique pour le traitement des cellules tumorales Pr Francois Lemoine - CHU Pitié Salpêtrière - CNRS UMR 7087

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Thérapie cellulaire et génique pour letraitement des cellules tumorales

Pr Francois Lemoine - CHU Pitié Salpêtrière - CNRS UMR 7087

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Réponse Immune Antitumorale

NK

CTL

T4

T8

Celluletumorale

B

APC

Réponse ImmunitaireInnée

Réponse ImmunitaireAdaptative

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DC

TEff TReg

HSC

Interactions DC - LT effecteurs et LT régulateurs

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Quelles stratégies ?

•Cellules dendritiques•Lymphocytes T régulateurs•Destruction conditionnelle des cellules tumorales

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Dendritic cellsAnti-tumoral immunotherapy

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Dendritic cells (DC)

1868 : Description in the skin by Paul Langerhans

1973 : Description in murine lymphoid organs by Ralph Steinman and Zanvil Cohn

defined as “professional” antigen presenting cells (APC)

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Blood

Draining lymph nodes

Lymph

Liver

Intersticial spaces(Kidney, lung, heart..)

CDprecursors

Epithelia (skin, mucosae..)

Bone marrow

DC-LC

Veiledcells l

IDC

Interstitial DC

Plasmacytoid cellsGCDC

DC CD11c+DC CD11c- or plasmacytoid

DC CD83+

Veiled cells

Efferent lymph

Afferentlymph

Medulla

Primary folliculeParacortexHEV

Cortex

Distribution of dendritic cells

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Functions of dendritic cells

Lymph node T cell area Tcells

LymphEpiderm

Langerhanscells

Ag.

Blood

Antigen uptake

Presentationto T cells

Bonemarrow

CD 34 +

Migration

Veiledcells

interdigitatingcells

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Morphology and immunophenotypic markersof dendritic cells

Homing moleculesCD11a, b, c

CD49d, CD44 variantsE-cadherin

Adhesionand costimulatory molecules

CD50, CD54/ICAM-1,3CD58/LFA3CD80, CD86

Virus receptorsCD4, CD46

Chemokine-RDC-SIGN

Other markersCD83

DC-Lamp, Langerin

Cytokine and chemokine receptorsTNF-R : CD120, CD40

Cytokine-R : GM-CSF, IL1, IL10, IL4, TGFβ

Chemokine-R :CCR5, CCR6, CXCR4

Molecules for antigen presentation

MHC I, MHC II, CD1Receptors for

Antigen uptakeMMR, DEC205

FcγR(CD32, CD64), CD36αvβ5, CR

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W. Michael McDonnell et al (1996)The new England Journal of medecine, vol.334, n°1

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W. Michael McDonnell et al (1996)The new England Journal of medecine, vol.334, n°1

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DC

T4

B

CD80 CD86

CD54

CD58

CD11a

CD8

CD80 CD28

CD40CD40 L

CD28

CD80

CD40

CD40 L

CD19

CD20

CD40 L

Ig GIg A

1

3

21

TCR

MHC II

MHC I

1

2

3

T8

NK

IL-12

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DC and Immunotherapy : the concept

Reinjecting ex vivo-pulsed DC represents a potentially powerful

tool to elicit immunity against viral or tumour-associated Ag.

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DC-based anti-tumoral vaccination in mice

Exogeneous antigenstumor extracts Nair, 1997

native antigens Celluzi, 1996 &Pargador, 1996

acidic eluatsZitvogel, 1996

apoptotic bodiesAlbert,1998

exosomesZitvogel, 1998

Gene transfer

adenovirusSong, 1997

retrovirusSpecht, 1997

RNABoczkowski, 1996

immaturedendritic cell

naked DNACondon, 1996

tumor regression

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DC progenitors orDC precursors

DC loadedwith Ag of

interest

Sensitization

GrowthFactors

Injection

Use of DCs in Immunotherapy

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Ι

ΙΙ

ΙΙΙ

ΙV

MOELLE

OSSEUSE

SANG

T ISSU

? ?

Thymus

Cellule souche

Cellule souche myéloïde Cellule souche lymphoïde

CFU-GEMM

BFU-E

CFU-E

BFU-MK

CFU-MK

CFU-GM

CFU-G CFU-M CFU-DC

CFU-Eo CFU-BaE

Myélob Monob

Poly N MonoPoly BaPoly EoPlaqGR

Mast DC Plas T4 T8

T4 T8

T4 T8

B

B

NK

Meg

Pro-B

Poly Eo

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Production of dendritic cells from monocytes or CD34+ cells

MonocyteGM-CSF / IL4

d7

CD34+Flt3-L / SCF

GM-CSF / TNF α d5

+ IL4LC-DC

d12

d8

+ IL4

Mφ-DC

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Immature DC

Low expression of MHC andcostimulatory molecules

Weak immunostimulation of T lymphocytes

High ability for antigen uptake and processing Weak ability for antigen uptake and processing

High expression of MHC andcostimulatory molecules

High immunostimulation of T lymphocytes

LPS, TNFα, CD40-L

Mature DC

Properties of mature dendritic cells

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Authors

Hsu,1996

Murphy,1999

Kugler,2000

Höltl2002

Pathology

Follicular lymphoma

(stage IIIA & IVA)

Prostate carcinoma

RenalCarcinoma

RenalCarcinoma

n

4

37

17

27

Antigen

Idiotypic proteins

HLA- restricted peptides

PSM-P1 or P2

Allogeneic DC/ tumor cell hybrids

Autologous tumor lysatsor cell line

Injection route

IV

IV

Intradermal

IV andIntradermal

4 / 4Ag-specific

proliferation

4 / 37

11 /17DTH

14/27DTH/KLH

KLH-proliferation

1 CR1 PR

1 CR10 PR

4 CR, 2 PR1 MR

2 CR1 PR7 SD

Origin of DCs

Monocytes

Monocytes

Monocytes

Monocytes

ResponseBiologicalBiological ClinicalClinical

DC-based Immunotherapy : Clinical Trials (I)

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Authors

Chakraboy1998

Nestlé,1998

Thurner,1999

Mackensen,2000

Lau,2001

Banchereau2001

Pathology

Melanoma

Melanoma

Melanoma

Melanoma

Melanoma

Melanoma

n

13

16

11

14

16

18

Antigen

Tumor lysates

Pool of peptidesor tumor lysates

HLA- A1 restricted Mage-3 peptides

HLA- restricted peptides

HLA- restricted peptides : GP100

TyrosinaseMART-1/Melan A

GP100Tyrosinase

MART-1, Mage 3 HLA- restricted

peptides

Injection route

Intradermal

Intra-lymph nodes

Subcutaneous +Intradermal + IV

IV

IV

Subcutaneous

9 / 13DTH

11 / 16DTH

7 / 11 DTH8 / 11 CTL

4 / 14 DTH1 / 14 CTL

12 / 16 T-cell proliferation

5 /16 Elispot

15/18 DTH/KLH10/14 DTH/peptide8/18 Ag-specific

Elispot

1 PR

2 CR, 3 PR1 MR

3 CR3 PR

1 CR1 PR

1 CR4 PR

3 CR4 PR3 SD

Origin of DCs

Monocytes

Monocytes

Monocytes

CD34+ cells

Monocytes

CD34+ cells

ResponseBiologicalBiological ClinicalClinical

DC-based Immunotherapy : Clinical Trials (II)

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tumor lysates

400ml Bone Marrow

CD34+

d0

CD34++ KLH - Clinical tolerance

- Biological tolerance- Clinical response- Immunological responseLysates

Follow up :

Dendritic cells

d15 - 45

d22 - 53

d30 - 60

d60 - 90

d90 - 120

IL2 sc W1

W2

W4

W5

W7

W8

W10

W11

d60 d90 d120 d150DC-based Immunotherapy of Renal Carcinoma

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Preliminary resultsPatients UPN CD34+

Production

Lysates

Production

Vaccination

Number

Biological

responses

Clinical outcome

p201 Yes Yes 5 IFNg

&

Perforine

production

Dead 18 month

after

treatment

p101 No Yes No NA Dead;

excluded from

protocol

p401 Yes Yes 3 NA Dead: clinical

progression

p502 Yes Yes No NA Dead: clinical

progression ;

excluded

before

treatment

p501 Yes Yes 3 NA Dead: Clinical

Progression

p402 Yes Yes 5 IFNg

&

Perforine

production

Alive 16 month

after

treatment

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tumor extractsPeptidesExosomesApoptotic bodies

Sensitization

Purification Differentiation

CD34+/Monocytes

Endogeneous sensitization pathway exogeneous sensitization pathway

DCGene transfer

Viral / non-viral vectors

TransducedDC

DCdifferentiation

CD34+ /Monocytes

DC

Dendritic cells-based immunization in human

tumor cellsInjection

Sensitized DC

TransducedCD34+ /

Monocytes

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Dendritic Cell

Tumor Associated Ag(TAA) Loaded dendritic cell

Strategies for DC-based immunotherapy of cancer

CTL

CTL

Gene codingFor TAA Transduced DC

Viral particles

+

=+

Gene coding For TAA

In vivo injection

In vivo transduction of DC

+

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GENETIC IMMUNOTHERAPY USINGDENDRITIC CELLS

Source of DCMonocytesCD34+ cells

Injection of DC or injection of recombinantlentiviral particles

Evaluation of the anti-tumor immuneresponse

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CELLULES DENDRITIQUES ET IMMUNOTHERAPIEGENIQUE

Perspectives

• Mélanomes malins métastatiques• Leucémie myéloïde chronique• Evaluation in vitro de la réponse immune• Evaluation in vivo de la réponse immune

dans un modèle murin de souris HLA-A2transgénique

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LENTIVIRUS RECOMBINANT

VECTEUR LENTIVIRAL- Séquences codantes pour le gène d ’intérêt- Signaux en cis nécessaire à la RT, intégration et transcription et à l ’encapsidation du vecteur

Gène d’intérêt : gène thérapeutique et/ou gène rapporteur

LTR GA RRE P Thy-1 IRES eGFP WPRE

LTRsin

EF1∝-L

EF1∝-S

CMV

ψ

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Vecteurs lentiviraux bicistroniques et DCs

NI

EF1LW+

CMVW+

EF1LVpx+

CMVVpx+

CMVVpx-

EF1SW+

EF1S

CMV

99%

99%

98%

97%

98%

85%

85%

77%

41%

28%

2% 2%

96%

99%

99%

98%

94%

77%

CD90 GFPCD90 GFP

59%

59%

56%

58%

60%

2%

14%

16%

14%

70%

64%

56%

59%

62%

2%

48%

81%

40%

HIV vectors

SIV vectors

A : CD34-DC B : Mo-DC

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RSV R U5 GA RREΨ

pCMV Thy-1 IRES CML.A2PEs1-4 WPRE

LTR SINcPPT

Exemple de construction poly-épitopique : pHIV-CMV-Thy1-IRES-CML.A2PEs1-4

Vaccination poly-épitopique avec vecteurs lentiviraux

Mélanome : Mart1, Mage 3, gp100, tyrosinaseLMC : Bcr-Abl, WT1, PR1, Tert

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DC-based genetic immunotherapy of cancerIn vivo targetting of DCs

CTL

CTL

Viral particles

=

+

Gene coding For TAA

In vivo injection

In vivo transduction of DCTumor cells

Use of lentiviral particles pseudotyped with targetting enveloppe

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DC-based genetic immunotherapy of cancerIn vivo targetting of DCs

CTL

CTL

Viral particles

=

+

Gene coding For TAA

In vivo injection

In vivo transduction of DCTumor cells

Use of lentiviral particles pseudotyped with targetting enveloppe

Page 32: Thérapie cellulaire et génique pour le traitement des ...genetique.snv.jussieu.fr/OLD SITE/Images/PDF/ReponseImmune2.pdftraitement des cellules tumorales Pr Francois Lemoine - CHU

Depletion ofregulatory/suppressor T-cells

for inducing anti-tumor immune response

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Role of regulatory/suppressor T-cells

•Maintenance of self tolerance & prevention of auto-immune disease•Defect of Treg cells in HCV with vasculitis-induced cryoglobulinemia

•Tolerance induction to allogeneic transplants•Treg depletion allows control of GVHD

•Maintenance and/or physiopathology of chronic infections•Role in anti-tumor immunity

•Increase number of Treg in lung , breast, gastrointestinal tumors•Treg depletion improves anti-tumor immune response

Page 34: Thérapie cellulaire et génique pour le traitement des ...genetique.snv.jussieu.fr/OLD SITE/Images/PDF/ReponseImmune2.pdftraitement des cellules tumorales Pr Francois Lemoine - CHU

Depletion of regulatory/suppressorT-cells

•Injection of anti-CD25 monoclonal antibodies ± Cyclophosphamide•Validation in murine tumor models

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Tumor rejection by in vivo administration of anti-CD25mAb

Days

Mea

n tu

mor

dia

met

er (m

m)

Onizuka et al. (1999) Cancer Research 59:3128

Page 36: Thérapie cellulaire et génique pour le traitement des ...genetique.snv.jussieu.fr/OLD SITE/Images/PDF/ReponseImmune2.pdftraitement des cellules tumorales Pr Francois Lemoine - CHU

Specific targetting andconditional destruction of tumor cells

Objectives

•Use of lentiviral particles pseudotyped with targetting enveloppe•Transduction of tumor cells with suicide gene•Stimulation of immune cells

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Pseudotyped lentiviral particlesExample : B-cell lymphoma

CD20 mAbs

Tumor B-cells

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Suicide geneThe thymidine kinase / ganciclovir system

GCVHSV-TK

GCV-MPCellular

kinaseGCV-TP

Incorporationinto

elongatingDNA

Death ofdividing cells

N

N

OHN

NH2N

OHOOH

Transduced cells

GCV

Dividing cells

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Suicide gene and immunostimulation

RSV R U5 Immuno-stimulationGA RREΨ

pCMV HSV1-TK IRES WPRE

LTR SINcPPT

CD40/CD80

GM-CSF

IL-12

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Pseudotyped particles

In vivo transduction of lymphoma cells

5’ LTR ψ IRES 3’ LTR

Lentiviral construct

Patient

HSV1-TK IS Gene