Estudio de la inmunogenicidad y mecanismos de muerte celular en nuevas terapias antitumorales. Aplicación al mieloma múltiple

En la investigación oncológica, el estudio de los mecanismos moleculares de muerte celular provocados por la quimioterapia es esencial no sólo para llegar a comprender los mecanismos de acción inherentes de estos fármacos, sino también para idear, optimizar y mejorar nuevos enfoques terapéuticos que permitan atajar las tan temidas recaídas. Además, durante los últimos años, la inmunoterapia ha irrumpido en la clínica como un tratamiento que brinda de una cierta esperanza a los pacientes con cáncer. Hoy en día, los tratamientos antitumorales utilizados o en desarrollo son capaces de inducir muerte celular mediante distintos mecanismos como la apoptosis, necroptosis, muerte celular inmunogénica (ICD), catástrofe mitótica, entre otras. Nuestro objetivo durante este trabajo ha sido estudiar los diferentes mecanismos de muerte celular inducidos por fármacos antitumorales actuales o de reciente introducción en la clínica, así como explorar la naturaleza inmunogénica subyacente a dichos tipos de muerte celular.Por un lado, se ha estudiado la contribución de la catástrofe mitótica en la inducción de muerte celular por agentes antimitóticos, así como los mecanismos de muerte accionados cuando dichos fármacos se utilizan en combinación con miméticos de BH3. Los resultados mostraron la existencia de una gran variabilidad inter- e intraindividual en los comportamientos y destinos celulares en respuesta a los distintos compuestos antimitóticos (barasertib, alisertib, vincristina y docetaxel). No obstante, la combinación de los distintos compuestos antimitóticos ensayados con miméticos de BH3 mostró una potenciación de la citotoxicidad en líneas celulares tumorales adherentes, siendo la muerte celular experimentada dependiente de caspasas y de Bax y Bak. En cuanto al papel de la familia de Bcl-2 en la muerte inducida por estos fármacos, los datos parecen indicar que los miembros anti-apoptóticos de esta familia contribuyen de forma cooperativa y acumulativa. Además, a pesar de que se trata un tema bajo debate, los experimentos con microscopía de fluorescencia en time-lapse sugieren que la duración del arresto mitótico influye en el destino ante dicho bloqueo. Cuando se combinó los compuestos antimitóticos con el mimético de BH3, ABT-737, se aceleraba la muerte celular y aumentaba el porcentaje de células que sucumbían durante la mitosis, especialmente en aquellas combinaciones donde el arresto mitótico era más prolongado. En el caso particular del inhibidor de aurora-B (barasertib), la potenciación de la muerte celular cuando se combinaba con ABT-737 sigue un mecanismo molecular diferente. El tratamiento con barasertib indujo marcadores de senescencia en diversas líneas celulares tumorales y la administración posterior de ABT-737 sensibilizaba de forma efectiva a dichas células induciendo una potente respuesta citotóxica. Por otro lado, en este trabajo se ha estudiado la inmunogenicidad y los mecanismos de muerte celular inducidos por la combinación de inhibidores del proteasoma con inhibidores de autofagia o compuestos inductores de estrés en el retículo endoplasmático en diversos modelos de mieloma múltiple. A pesar de que las terapias actuales han conseguido extender la esperanza de vida de esta enfermedad, sigue siendo una neoplasia incurable. En concreto, aunque los inhibidores de proteasoma han demostrado una validada eficacia clínica, la resistencia a estos fármacos sigue siendo recurrente y abarca la mayoría de las recidivas. Esta situación por tanto exige que se diseñen y estudien nuevos esquemas terapéuticos para abordar las recaídas. Así, en un trabajo previo del grupo se demostró la capacidad del inhibidor de autofagia cloroquina para potenciar la muerte celular inducida por carfilzomib. Durante este trabajo, se ha logrado observar también una intensificación similar de la muerte celular en las diferentes líneas celulares humanas y murinas analizadas. Además, la capacidad citotóxica mejorada de esta combinación también se ha constatado en una amplia colección de muestras primarias de médula ósea aisladas de pacientes con mieloma múltiple. De manera similar a lo que ocurre con la cloroquina, también hemos observado que el DBeQ, inhibidor de VCP/p97, también aumenta notablemente la muerte celular inducida por carfilzomib tanto en líneas celulares de MM como en células de mieloma primarias aisladas de la médula ósea de pacientes con esta enfermedad. Además, nuestros resultados indican que las combinaciones de carfilzomib con CLQ o DBeQ no sólo potencian, sino que también aceleran la muerte celular. Sin embargo, el mecanismo de acción por el cual se provoca dicha potenciación no se ha aclarado completamente. Los resultados de este trabajo mostraron que estos tratamientos aumentaban la expresión de varios marcadores de la respuesta a estrés en el retículo. No obstante, dicha respuesta, dependía estrechamente del tiempo y variaba sustancialmente entre las distintas líneas celulares de mieloma. La familia Bcl-2 ocupa una posición trascendental en las respuestas mediadas por estrés en el ER. A este respecto, nuestros datos revelaron una acumulación temprana transitoria de diversos miembros tanto anti- como proapoptóticos de esta familia (Mcl-1, Bim, PUMA y en menor medida NOXA). No obstante, nuestros datos mostraron que la línea celular deficiente para Bim sólo ofrecía una protección parcial contra la muerte celular inducida por los fármacos utilizados. Por lo tanto, su deficiencia podría estar compensada por otros miembros de BH3 capaces de desencadenar la muerte celular tras el tratamiento farmacológico. Por otro lado, aunque todavía no se conoce con exactitud el mecanismo molecular responsable de la muerte celular inducida por estrés en el ER, existen pruebas de la participación tanto de la vía de los receptores mortales como de la vía intrínseca de la apoptosis. Para instigar la muerte celular por la vía canónica, se requiere la permeabilización de la membrana externa mitocondrial (MOMP) inducida por la oligomerización de Bax y Bak. Sin embargo, nuestros datos han demostrado la capacidad de las combinaciones de fármacos utilizadas de inducir la muerte celular en células deficientes en Bax y Bak. Así mismo, la muerte celular inducida por las combinaciones basadas en carfilzomib era dependiente de caspasas en la mayoría de las líneas celulares analizadas, aunque la contribución relativa de cada miembro de esta familia variaba con las diferentes líneas celulares utilizadas. Aunque precisa de un estudio más detallado, los datos obtenidos en este trabajo parecen indicar que la autofagia no juega un papel principal en la potenciación ejercida por la cloroquina sobre la muerte inducida por carfilzomib en nuestros modelos experimentales. En su lugar, los datos apuntan a que la cloroquina pueda ejercer de modulador alostérico sobre el proteasoma potenciando la inhibición de este cuando se utiliza en combinación con carfilzomib. En cuanto al estudio de la capacidad inmunogénica de estos tratamientos, se observó que in vitro, las combinaciones de fármacos eran capaces de inducir la expresión de diversas señales inmunogénicas (expresión de ecto-CRT, Hsp70 y BiP), así como la maduración de células dendríticas cuando estas eran coincubadas con restos apoptóticos de células tratadas con las formulaciones ensayadas. Sin embargo, las respuestas in vivo en los experimentos de vacunación en el modelo ortotópico de mieloma murino MOPC315.BM mostraron que la muerte celular provocada por la combinación de carfilzomib con cloroquina no proporcionaba un efecto protector contra el desarrollo de la enfermedad. Tan solo cuando la combinación de fármacos utilizada para tratar las células de mieloma contenía el inhibidor general de caspasas zVAD-fmk, se consiguió retrasar de forma débil el desarrollo del mieloma. Tal y como apuntan algunos estudios, esto podría indicar que las caspasas juegan un papel en la inmunogenicidad de la muerte celular. A la vista de nuestros datos, la emisión de DAMPs por sí misma podría no ser suficiente para provocar respuestas inmunitarias activas contra el cáncer. De hecho, se considera igualmente decisivo los mecanismos subyacentes involucrados en la recepción, transmisión y respuesta de las células inmunes a estas señales de peligro, así como la propia naturaleza inmunosupresora de esta enfermedad. Una de las razones detrás de la disfunción inmune observada en el mieloma múltiple está mediada por la regulación negativa ejercida por las proteínas inhibidoras del punto de control como el eje PD-1/PD-L1. Sin embargo, ni el tratamiento individual con anticuerpos monoclonales dirigidos contra los inhibidores del punto de control (anti-PD1), ni su combinación con la formulación de vacunación antes mencionada, extendían significativamente la supervivencia de los ratones. Es posible que redes moleculares mas complejas estén involucradas en la generación de una respuesta inmune antitumoral efectiva en la enfermedad de mieloma.Por último, cada vez se está consolidando más la idea de que los DAMPs y los procesos moleculares relacionados con la muerte celular inmunogénica puedan servir como una fuente de biomarcadores pronósticos en pacientes con cáncer. En este trabajo hemos demostrado por primera vez que las células de mieloma en muestras de médula ósea aisladas de pacientes con discrasias de células plasmáticas, muestran niveles elevados de ecto-CRT en su superficie. Además, aunque se observó una gran variabilidad interindividual, nuestros datos sugieren que los niveles de ecto-CRT parecen aumentar con la progresión de la enfermedad. Este hallazgo junto con el hecho de que los pacientes con un perfil citogenético alterado mostraron niveles aumentados de ecto-CRT y que la exposición a la CRT aparentemente no está influenciada por la quimioterapia, puede apuntar a la transformación maligna como el instigador principal de la expresión aumentada de este DAMP. Así mismo el análisis del microambiente en la médula ósea de estos pacientes mostró que los pacientes con niveles altos de ecto-CRT exhibían un perfil de células T alterado, con ratios bajos de células T CD4+/CD8+ consecuencia de una menor frecuencia de linfocitos T CD4+ y un mayor número de células T CD8+. Además, también presentaban un mayor número de células NK, mDC, pDC y Tregs, así como una mayor actividad en el eje PD-1/PD-L1. Así, nuestros datos sugieren que los pacientes con una mayor expresión de este DAMP, poseen rasgos inmunológicos reminiscentes de un microambiente medular óseo asociado a un estado inmunitario debilitado y comprometido, lo que podría traducirse en un mal resultado clínico en el contexto de la enfermedad. De hecho, el grupo de pacientes con un perfil de expresión de ecto-CRT aumentado exhibieron significativamente un menor tiempo medio de progresión de la enfermedad, desarrollaban con mayor frecuencia plasmacitomas extramedulares, habían sido tratados con un mayor número de líneas de tratamiento y albergaban un perfil citogenético de alto riesgo. Todo ello sugiere que la elevada expresión de ecto-CRT en las células de mieloma de estos pacientes está relacionada con una mayor malignidad, un microambiente inmunitario en la médula más deficiente y con un peor pronóstico clínico.<br /

Drug Repurposing

This book focuses on various aspects and applications of drug repurposing, the understanding of which is important for treating diseases. Due to the high costs and time associated with the new drug discovery process, the inclination toward drug repurposing is increasing for common as well as rare diseases. A major focus of this book is understanding the role of drug repurposing to develop drugs for infectious diseases, including antivirals, antibacterial and anticancer drugs, as well as immunotherapeutics

Immunohistochemical study of PDL 1 Expression in Non Small Cell Lung Carcinoma

BACKGROUND: Lung carcinomas leading cause of death among all malignancies world wide. Among various types of lung cancers 80-85% comprises non small cell lung carcinoma. these non small cell lung carcinoma are relatively insensitive to chemotherapy compared to small cell carcinoma. These tumors have high expression of check point protein PD1/PDL1.By inhibiting these proteins enables T cell to attack tumor cells indicating good prognosis with immunotherapy. AIMS AND OBJECTIVES: In this study we evaluate the status of PDL1 expression in non small cell lung carcinoma thereby aiding in prognosis an immunotherapy. MATERIALS AND METHODS: In a study period of 2 years from June 2017 to June 2019 we performed both prospective and retrospective analysis of patients diagnosed to have biopsy proven Non small cell lung carcinoma in Institute of pathology ,Madras medical college, Rajiv Gandhi Government General Hospital, Chennai.The lung carcinoma specimens with the clinical details of respective patients are collected.corresponding HPE slides are prepared from formalin fixed paraffin embedded tissue of lung carcinoma specimens.blocks of histopathologically proven lung carcinoma are taken up for PDL1 immunohistochemical staining. RESULTS: Large proportion of advanced NSCLC cases have a positive PD-L1 immunoreactivity so they may be potentially responsive to PD-L1 immunotherapy. PD-L1 expression is significantly related to p53 protein expression. Current data suggest that PD-1 and its ligand PD-L1 are promising targets, and immunotherapy against these proteins have a great impact on overall survival and prognosis. PD-L1 IHC is the best currently available biomarker for evaluation of its expression. CONCLUSION: To conclude, a large proportion of advanced NSCLC cases have a positive PD-L1 immunoreactivity so they may be potentially responsive to PD-L1 immunotherapy. PD-L1 expression is significantly related to p53 protein expression. Current data suggest that PD-1 and its ligand PD-L1 are promising targets, and immunotherapy against these proteins have a great impact on overall survival and prognosis. PD-L1 IHC is the best currently available biomarker, although it is not optimal. The possibility of a choice approaches to PD-L1 IHC testing would bring significant challenges for both oncologists and pathologists. High expression of PD-L1 indicates the presence of an ongoing tumor microenvironment immune response influencing patient survival. Evaluating their expression in the tumor microenvironment assist treatment decision-making by allowing individualized risk stratification and aiding in the selection of patients for adjuvant treatment and choice of order and type of treatment

Personalized Medicine in the Field of Inflammatory Skin Disorders

Skin inflammation is associated with a wide range of conditions which represent major health issues worldwide. Skin and mucosal surfaces represent the primary interface between the human body and the environment, susceptible to numerous factors whose action results in diseases produced by chemical substances, mechanical trauma, microbial agents, radiation, etc. Inflammation, a complex network of interactions between soluble molecules and cells, represents the main modality of the skin’s response to injuries. Numerous studies have revealed close links between chronic inflammation, oxidative stress, and carcinogenesis. Chronic inflammation induces the activation of various cell types and an increase in the production of reactive oxygen species, promoting the initiation of a malignant process. Identifying specific biomarkers is essential for understanding molecular mechanisms and developing therapies appropriate to the patient’s characteristics.Personalized medicine is an emerging field of medicine that has the potential to predict which therapy will be safe and efficacious for specific patients using an individual’s genetic profile to guide decisions regarding the diagnosis, treatment, as well as prevention of disease. This book gathers articles that present recent advancements in research involving the mechanisms that underlie the development of inflammatory skin disorders, skin and mucosal inflammation in general

Evaluation of PD-L1 expression in various formalin-fixed paraffin embedded tumour tissue samples using SP263, SP142 and QR1 antibody clones

Background & objectives: Cancer cells can avoid immune destruction through the inhibitory ligand PD-L1. PD-1 is a surface cell receptor, part of the immunoglobulin family. Its ligand PD-L1 is expressed by tumour cells and stromal tumour infltrating lymphocytes (TIL). Methods: Forty-four cancer cases were included in this study (24 triple-negative breast cancers (TNBC), 10 non-small cell lung cancer (NSCLC) and 10 malignant melanoma cases). Three clones of monoclonal primary antibodies were compared: QR1 (Quartett), SP 142 and SP263 (Ventana). For visualization, ultraView Universal DAB Detection Kit from Ventana was used on an automated platform for immunohistochemical staining Ventana BenchMark GX. Results: Comparing the sensitivity of two different clones on same tissue samples from TNBC, we found that the QR1 clone gave higher percentage of positive cells than clone SP142, but there was no statistically significant difference. Comparing the sensitivity of two different clones on same tissue samples from malignant melanoma, the SP263 clone gave higher percentage of positive cells than the QR1 clone, but again the difference was not statistically significant. Comparing the sensitivity of two different clones on same tissue samples from NSCLC, we found higher percentage of positive cells using the QR1 clone in comparison with the SP142 clone, but once again, the difference was not statistically significant. Conclusion: The three different antibody clones from two manufacturers Ventana and Quartett, gave comparable results with no statistically significant difference in staining intensity/ percentage of positive tumour and/or immune cells. Therefore, different PD-L1 clones from different manufacturers can potentially be used to evaluate the PD- L1 status in different tumour tissues. Due to the serious implications of the PD-L1 analysis in further treatment decisions for cancer patients, every antibody clone, staining protocol and evaluation process should be carefully and meticulously validated

Therapeutic Potential of Plant Secondary Metabolites in the Treatment of Diseases and Drug Development

The importance of natural products, and especially plant secondary metabolites, for the treatment of diseases and drug development has already been obvious in medicine for several thousand years. Thus, this Special Issue of MDPI Biomedicines collects eight top articles from the field as regular full papers in addition to five reviews. All of the published papers are a vibrant source of information on the therapeutic potential of plant secondary metabolites in the treatment of diseases and drug development

Mapping a Functional Cancer Genome Atlas

Over the past decade, tremendous resources have been devoted to sequencing the genomes of patient cancers. But while the molecular portraits of cancer are now in higher resolution than ever before, it has remained challenging to derive clinically actionable insights from these data. A central issue is that tumor genome sequencing often can only tell us what mutations are present, not which ones are functionally important. Towards this end, I sought to build an improved toolkit for functional cancer genomics, with the overarching goal of creating experimental platforms that are practical, scalable, and flexible. In collaboration with several colleagues, I developed autochthonous AAV-mediated CRISPR/Cas9 screens to quantitatively interrogate the contributions of specific mutations towards tumorigenesis in the murine liver and brain. Importantly, this experimental system is well suited for studies in tumor immunology, as it preserves the native tissue microenvironment in the context of an immunocompetent host. I subsequently utilized the AAV-CRISPR tumor model to further investigate the genetic determinants of response to PD-1 checkpoint blockade immunotherapy. In addition to recovering known regulators of immunotherapy response, I found that deficiency of the histone modifier KMT2D sensitizes diverse tumor types to immune checkpoint blockade by promoting the generation of immunogenic neoantigens. I further sought to comprehensively dissect the genetic regulation of anti-tumor immunity responses from both sides of the aisle, interrogating the immune cells that react against tumors as well as the cancer cells themselves. As a foray into the roles of noncoding RNAs in anti-tumor immunity, I mapped the landscape of sdRNAs expressed in human cancers, finding numerous transcripts that are associated with signatures of anti-tumor immune infiltration and survival across multiple cancer types. My colleagues and I also performed genome-scale CRISPR screens in primary CD8+ T cells to identify genetic regulators of T cell degranulation and tumor infiltration. These studies identified that Dhx37 knockout enhances NF-kB signaling in CD8+ T cells, leading to enhanced anti-tumor function in vitro and in vivo. Using genome-scale CRISPR activation (CRISPRa) screens, I further sought to identify genes that could promote tumorigenesis in immunocompetent hosts when overexpressed. In pursuing this line of study, my colleagues and I unexpectedly found that CRISPRa could be repurposed as a new immunotherapy modality, an approach we termed MAEGI (multiplexed activation of endogenous genes as immunotherapy). By delivering CRISPRa systems through AAVs to forcibly overexpress mutated genes directly in tumors, MAEGI enhanced immune recognition of tumor neoantigens, thereby eliciting robust and long-lasting anti-tumor immunity. The CRISPR screens employed in the aforementioned studies have an important limitation, however. Cancers arise from the sequential acquisition of genetic or epigenetic alterations, and the unique combinations of these alterations can interact in complex ways. To more precisely study these genetic interactions, I established a strategy for in vivo combinatorial knockout screening using massively-parallel CRISPR-Cas12a array profiling. I applied this technique to pinpoint mutation combinations that synergistically promote lung metastasis, demonstrating the utility of this technology to dissect genetic interactions in cancer. Finally, I devised a method for programmable sequential mutagenesis by combining CRISPR-Cas12a arrays with Cre recombination cassettes. I employed this approach to model the stepwise acquisition of resistance mutations against immunotherapy, thus providing a controlled experimental system for exploring strategies to overcome immunotherapy resistance

Drug development progress in duchenne muscular dystrophy

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe, progressive, and incurable X-linked disorder caused by mutations in the dystrophin gene. Patients with DMD have an absence of functional dystrophin protein, which results in chronic damage of muscle fibers during contraction, thus leading to deterioration of muscle quality and loss of muscle mass over time. Although there is currently no cure for DMD, improvements in treatment care and management could delay disease progression and improve quality of life, thereby prolonging life expectancy for these patients. Furthermore, active research efforts are ongoing to develop therapeutic strategies that target dystrophin deficiency, such as gene replacement therapies, exon skipping, and readthrough therapy, as well as strategies that target secondary pathology of DMD, such as novel anti-inflammatory compounds, myostatin inhibitors, and cardioprotective compounds. Furthermore, longitudinal modeling approaches have been used to characterize the progression of MRI and functional endpoints for predictive purposes to inform Go/No Go decisions in drug development. This review showcases approved drugs or drug candidates along their development paths and also provides information on primary endpoints and enrollment size of Ph2/3 and Ph3 trials in the DMD space