The role of adipose tissue T cells in tumor develοpment and response to immunotherapy

Abstract

Immune checkpoint blockade (ICB) therapy, such as anti-CTLA4, anti-PD1 anti-PDL1, has rapidly transformed the treatment paradigm for various cancer types. However, most patients could not benefit from these immunotherapies due to primary and acquired drug resistance, underscoring the need to identify unrecognized mechanisms of immunotherapy resistance and response. This PhD dissertation focuses on these unrecognized mechanisms, putting emphasis on the adipose tissue (AT) and the bone marrow (BM).The AT possesses a diverse population of immune cells involved in inflammation and metabolic homeostasis, yet it’s role in anti-tumour immunity beyond the context of obesity remains unexplored. T lymphocytes, which are crucial for anti-tumor immunity and efficacy of ICB, reside in the AT, where they display distinct transcriptomic signatures and unique functions.Our work explores the contribution of AT T cells to anti-tumor immunity and how this influences immunotherapy outcome in the context of tumor developing at a site distant from the AT. The AT from breast-cancer patients contains more PD-1+ T cells compared to peripheral blood, similar to what observed in mice inoculated with B16.F10 melanoma cell line, positioning them as potential targets for ICB therapy. Flow Cytometry, Single Cell and TCR sequencing analyses, revealed that murine AT T cells are in large composed of Tissue Resident Memory T cells (TRM), exerting potent antitumor functions, unique metabolic profiles, and rapid cytokine production during murine tumor development compared to T cells found in tumour draining lymph nodes (tdLN). Tumor-associated T cell clones were identified within the AT of tumor-bearing mice, underlining its role in systemic immune surveillance. At the same time, common clones were identified between the AT T cells and tdLNs, highlighting the communication between the two tissues. In a novel transplantation experiment, AT transplant from wild-type mice into adaptive immunity deficient mice restrained tumor development, with donor AT cells infiltrating into the tumor microenvironment (TME). These findings were even more prominent in the presence of anti-PD1 treatment. Together, these data reveal the previously underappreciated antitumor abilities and increased sensitivity to PD-1 blockade of AT TRM cells.This PhD dissertation further unraveled intriguing data concerning additional effects of immunotherapy, beyond its impact on the AT, specifically on BM-residing cells. Analyses of the effect of anti-PD1, and anti-PDL1 treatment revealed significant reduction of myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) frequencies in tumor-bearing mice, not only within the AT but also in the spleen, blood, and TME. Considering that MDSCs originate from BM hematopoietic progenitors, we formulated the hypothesis that ICB therapy might influence cancer-induced emergency myelopoiesis. Thus, to test this hypothesis, we investigated the effect of ICB treatment on Hematopoietic Stem and Progenitor Cells (HSPCs) with our findings revealing that anti-PDL1 in tumour-bearing mice drives their exit from quiescence and promotes their proliferation. Notably, disruption of the PDL1/PD1 axis induced transcriptomic reprogramming of HSPCs towards an inflammatory state in both Hodgkin lymphoma (HL) patients and tumour-bearing mice. Furthermore, transplantation of HSPCs isolated from antiPDL1-treated mice resisted cancer-induced emergency myelopoiesis as evidenced by the reduced generation of MDSCs compared to control-treated mice. These data reveal an underappreciated mechanism by which ICB therapies target the BM niche and suggest that reprogramming HSPCs can interfere with tumor-induced immune suppression. In summary, this works delineates mechanisms through which ICB therapy targets AT TRM cells and BM HSPCs, modulating both systemic and local anti-tumor immunity through targeting of different immune cells across different tissue compartments, paving the way to more comprehensive therapeutic strategies.

Η ανοσοθεραπεία με αναστολείς των Ανοσολογικών Σημείων Ελέγχου (ΑΣΕ), όπως οι αναστολείς Programmed cell death protein 1 (PD-1) και Programmed death-ligand 1 (PD-L1), έχει φέρει επανάσταση στη θεραπεία του καρκίνου. Ωστόσο πολλοί ασθενείς δεν ανταποκρίνονται στη θεραπεία, τονίζοντας την ανάγκη για διερεύνηση των μηχανισμών αντίστασης και απόκρισης. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει τους άγνωστους αυτούς μηχανισμούς, εστιάζοντας ειδικότερα στον λιπώδη ιστό (ΛΙ) και στον μυελό των οστών. Ο λιπώδης ιστός (ΛΙ) χαρακτηρίζεται από ποικιλόμορφο πληθυσμό ανοσοκυττάρων, τα οποία εμπλέκονται στη ρύθμιση της φλεγμονής και της ομοιόστασης του μεταβολισμού. Εκτός από το πλαίσιο της παχυσαρκίας, ο ρόλος του στην ανοσιακή απάντηση έναντι του καρκίνου παραμένει ανεξερεύνητος. Τα Τ-λεμφοκύτταρα αποτελούν κύριους στόχους για την αποτελεσματικότητα των αναστολέων ΑΣΕ και, όταν απομονώνονται από το ΛΙ, παρουσιάζουν ιστοειδικές μεταγραφικές υπογραφές και λειτουργίες.Η παρούσα μελέτη διερευνά τη συνεισφορά των Τ-κυττάρων του ΛΙ στην καταπολέμηση του καρκίνου και στην επίδραση τους στην αποτελεσματικότητα της ανοσοθεραπείας, όταν ο καρκίνος αναπτύσσεται σε παρακείμενη τοποθεσία από εκείνη του ΛΙ. Στο ΛΙ από ασθενείς με καρκίνο του μαστού, παρατηρήθηκε υψηλότερη παρουσία PD1+ T κυττάρων σε σύγκριση με το περιφερικό αίμα, γεγονός που έχει επίσης καταγραφεί σε πειραματικό μοντέλο μελανώματος σε ποντίκια (Mus musculus), καθιστώντας αυτά τα κύτταρα στόχους για ανοσοθεραπεία. Αναλύσεις μέσω Κυτταρομετρίας ροής, και αλληλούχισης RNA σε επίπεδο μεμονωμένων κυττάρων (Single Cell RNA sequencing) και αλληλούχισης υποδοχέα Τ κυττάρων (TCR sequencing) αποκάλυψαν ότι η πλειονότητα των Τ κυττάρων του ΛΙ μυών αποτελείται από κύτταρα μνήμης που εδρεύουν στον ιστό (TRM; Tissue Resident Memory T cells). Τα κύτταρα αυτά εμφανίζουν εν δυνάμει ισχυρές αντικαρκινικές ιδιότητες, μοναδικό μεταβολικό προφίλ και εκκρίνουν κυτταροκίνες με ταχύτερο ρυθμό σε σύγκριση με τα Τ-κύτταρα των λεμφαδένων. Κλώνοι Τ-κυττάρων σχετιζόμενοι με τον όγκο εντοπίστηκαν εντός του ΛΙ ποντικών, υποδεικνύοντας τη συμμετοχή τους στην ανοσολογική επιτήρηση. Παράλληλα, εντοπίστηκαν κοινοί κλώνοι μεταξύ των Τ-κυττάρων του ΛΙ και των λεμφαδένων παροχέτευσης του όγκου, επισημαίνοντας τη διακυτταρική επικοινωνία μεταξύ των δύο ιστών. Μέσω ενός πρωτοποριακού πειραματικού συστήματος μεταμόσχευσης ΛΙ από μύες αγρίου τύπου σε μυς με ανεπαρκή επίκτητη ανοσία, παρατηρήθηκε καθυστέρηση στην ανάπτυξη του όγκου, με τα κύτταρα του μοσχευμένου ΛΙ να διεισδύουν στο μικροπεριβάλλον του όγκου. Αυτή η καθυστέρηση ήταν πιο έντονη στους μύες που έλαβαν θεραπεία με anti-PD1. Συνολικά τα δεδομένα αναδεικνύουν τις ανεξερεύνητες ικανότητες των ΤRM κυττάρων στην καταπολέμηση του καρκίνου και την αυξημένη ευαισθησία τους στην αναστολή του PD-1.Η παρούσα διδακτορική διατριβή επίσης αποκάλυψε ενδιαφέροντα δεδομένα σχετικά με πρόσθετες επιδράσεις της ανοσοθεραπείας, πέραν των επιπτώσεών της στο ΛΙ, ειδικότερα στα κύτταρα που εντοπίζονται στο μυελό των οστών. Οι αναλύσεις των επιδράσεων της θεραπείας με anti-PD1 και anti-PDL1 έδειξαν σημαντική μείωση των κατασταλτικών κυττάρων της μυελικής Σειράς (MDSCs: Myeloid-derived suppressor cells ) σε μύες με όγκο, τόσο στο ΛΙ όσο και στον σπλήνα, στο περιφερικό αίμα και στο μικροπεριβάλλον του όγκου. Δεδομένου ότι τα MDSCs προέρχονται από προγονικά αιμοποιητικά κύτταρα στον μυελό των οστών, υποθέσαμε ότι οι αναστολείς ΑΣΕ επιδρούν στην έκτακτη μυελοποίηση που επάγεται από τον καρκίνο, συγκεκριμένα στα Αρχέγονα Αιμοποιητικά Κύτταρα (ΑΑΚ). Tα ευρήματά μας δείχνουν ότι η χορήγηση anti-PDL1 σε μύες με όγκους προάγει την έξοδό των ΑΑΚ από την κατάσταση ηρεμίας στον πολλαπλασιασμό τους, ενώ η διακοπή του άξονα PDL1/PD1 προκάλεσε τον μεταγραφικό επαναπρογραμματισμό τους, με μοριακές υπογραφές φλεγμονώδους κατάστασης, τόσο σε ασθενείς με λέμφωμα Hodgkin όσο και σε μύες. Επιπλέον, μεταμοσχευμένα ΑΑΚ, που απομονώθηκαν από μύες που υποβλήθηκαν σε anti-PDL1 θεραπεία, ήταν λιγότερο επιρρεπή στην επείγουσα μυελοποίηση που επάγει ο καρκίνος, όπως υποδεικνύεται απο τη μειωμένη παραγωγή MDSCs. Τα δεδομένα αυτά αποκαλύπτουν έναν νέο μηχανισμό με τον οποίο θεραπείες με αναστολείς ΑΣΕ στοχεύουν τον μυελό των οστών, και υποδηλώνουν ότι ο επαναπρογραμματισμός των ΑΑΚ μπορεί να μετριάσει την ανοσοκαταστολή που προκαλείται από τον όγκο.Συνοπτικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει μηχανισμούς μέσω των οποίων η θεραπεία με αναστολείς ΑΣΕ στοχεύει τα ΤRM κύτταρα του ΛΙ και τα ΑΑΚ του μυελού των οστών, διαμορφώνοντας την ανοσολογική απόκριση κατά του όγκου σε διαφορετικά ιστολογικά διαμερίσματα, ανοίγοντας το δρόμο για πιο ολοκληρωμένες θεραπευτικές στρατηγικές.