Exploring the use of tolerogenic dendritic cells and pore-forming toxins in the context of oncolytic adenoviruses

Abstract

[eng] Oncolytic viruses (OVs), engineered to infect preferentially and selectively replicate within cancer cells while sparing healthy tissues, have regained interest in oncology for their potential to restore host anti-tumor immunity. OVs have been evaluated in clinical settings as standalone therapies or in combination with chemotherapy, radiotherapy, and immunotherapy. Among them, oncolytic adenoviruses (OAds) are well-studied and commonly employed as OVs for their powerful oncolysis capacity and immune response stimulation. However, their therapeutic efficacy as anticancer agents remains unsatisfactory due to the limited intratumoral virus spreading and subsequent antiviral immune responses. This doctoral thesis addresses these challenges in two distinct chapters. Viral epitopes are often more immunogenic than tumor epitopes, leading to predominant antiviral immune responses following OAd administration, which can undermine or even mask antitumoral immune responses. To counteract this, we hypothesized that tolerogenic dendritic cells (tolDCs) exposed to OAd-derived epitopes could induce specific viral tolerance, thereby shifting the balance from viral to tumor antigen adaptive immune responses. Our findings revealed that IL-10-induced tolDCs primarily belonged to the CD11c+CD11b+ cDC2 subset, exhibited an anti-inflammatory cytokine profile, and demonstrated a reduced ability to drive allogeneic CD8+ T cell proliferation in mixed lymphocyte reactions (MLRs). However, in an immunocompetent model, no viral-specific tolerance but a generalized immunosuppression was elicited upon treatment with OAd peptide-pulsed tolDCs. To improve the intratumoral spread of OAds, we armed the ICOVIR15K virus with a modified version of the pore-forming toxin (PFT) Parasporin 2 (PS2), as this toxin has been reported to display a selective antitumor activity in its active form. We presumed the toxin-mediated cell lysis would amplify the OAd’s oncolytic capacity and induce an immunogenic cell death (ICD) in bystander non-infected cells. PS2-enriched supernatant treatment exhibited selective cytocidal effects against several human and murine cancer cell lines in vitro and efficiently controlled tumor growth in a lung carcinoma immunocompetent model. Moreover, vaccination with PS2- treated tumor cells acted as an ICD inducer that promoted a protective antitumor immune response in a vaccination-rechallenge setting. Finally, we showed that the ICOVIR15K-PS2 OAd significantly exerted an enhanced antitumor efficacy compared with the ICOVIR15K parental virus in an immunodeficient model, expecting better outcomes when both oncolysis and toxin ICD-mediated responses could act synergistically in clinical testing, where the OAd can replicate.

[cat] Els virus oncolítics (OVs) són capaços d’infectar preferiblement les cèl·lules tumorals i replicar- s’hi selectivament sense malmetre els teixits sans. El seu potencial en restaurar la immunitat antitumoral de l’hoste ha tornat a generar interès en oncologia. Els OVs s'han avaluat en assajos clínics com a monoteràpies o combinats amb quimioteràpia, radioteràpia i immunoteràpia. Entre aquests, els adenovirus oncolítics (OAds) han sigut àmpliament estudiats i utilitzats pel seu poder oncolític i la seva capacitat d’estimular la resposta inmunitària. Malgrat això, la seva eficacia terapèutica com a agents anticancerosos es veu limitada per la distribució restringida dins del tumor i les respostes immunitàries antivirals consegüents. Aquesta tesi doctoral aborda, en dos capítols diferenciats, diferents estratègies per superar aquests obstacles. Sovint les respostes immunitàries antivirals esdevenen predominants després d'administrar OAds, que poden minvar o fins i tot emmascarar les respostes antitumorals. A fi de contrarestar- ho, hem explorat si les cèl·lules dendrítiques tolerogèniques (tolDCs) exposades a epítops derivats d'OAds podrien induir una tolerància viral específica, afavorint així les respostes antitumorals. Els resultats van revelar que les tolDCs induïdes amb IL-10 pertanyien principalment al subtipus CD11c+CD11b+ cDC2, secretaven citocines antiinflamatòries i presentaven una capacitat reduïda d’aloresposta en reaccions limfocitàries mixtes (MLRs). No obstant, el tractament amb tolDCs pulsades amb pèptids adenovirals no va induir una tolerància viral específica, sinó més aviat una immunosupressió generalitzada. Per a millorar la propagació intratumoral dels OAds, es va armar l’adenovirus ICOVIR15K amb la toxina formadora de porus (PFT) Parasporina 2, ja que aquesta toxina ha demostrat tenir una activitat antitumoral selectiva en la seva forma activa. Suposàvem que la lisi cel·lular mediada per la toxina ampliaria la capacitat oncolítica de l'OAd i induiria una mort cel·lular immunogènica (ICD) en les cèl·lules adjacents no infectades. El tractament amb PS2 va mostrar efectes citocides selectius contra diverses línies cel·lulars tumorals humanes i murines in vitro, així com controlava de manera eficient el creixement tumoral en un model de carcinoma pulmonar. A més, la vacunació amb cèl·lules tumorals tractades amb PS2 actuava com a inductor d'ICD que promovia una resposta antitumoral protectora. Finalment, vam demostrar que l'OAd ICOVIR15K-PS2 exercia una eficàcia antitumoral millorada en comparació amb el virus parental ICOVIR15K en un model immunodeficient. Anticipem resultats més prometedors quan es puguin combinar els efectes de la oncolisi i l’ICD mediada per la toxina en l’àmbit clínic, on l’OAd pot replicar-se.