Desenvolupament d'un adenovirus oncolític potent i selectiu com a base per a la incorporació de transgens que ajudin a l'eradicació dels tumors

Abstract

Els adenovirus oncolítics són uns nous agents antitumorals molt prometedors gràcies a la seva capacitat d'autoamplificar-se selectivament a la massa tumoral. Els assajos clínics realitzats fins a la data amb una primera generació d'aquests agents han indicat la necessitat d'una millora substancial de la capacitat antitumoral, sense descuidar però els possibles efectes adversos de la replicació als teixits normals. Una de les limitacions més importants d'aquesta teràpia és la incapacitat del virus per travessar les barreres estructurals que imposen les cèl·lules de l'estroma i la matriu extracel·lular del tumor. L'expressió de transgens que destrueixin aquestes barreres és una estratègia que s'ha mostrat molt prometedora per superar aquesta limitació i augmentar així l'activitat antitumoral. Per aconseguir aquest propòsit, cal optimitzar la maquinària d'expressió i el genoma de l'adenovirus oncolític on els transgens seran inserits per compatibilitzar l'expressió del transgen amb el cicle viral de l'adenovirus, i mantenir la mida del genoma dintre del límit que imposa la capacitat d'encapsidació dels adenovirus. En aquest treball, s'explora l'ús de caixes palindròmiques d'unió del factor de transcripció E2F per augmentar la selectivitat i la potència d'adenovirus oncolítics. En un primer virus construït, aquestes caixes van aconseguir augmentar significativament l'activitat antitumoral, tant in vitro com in vivo, però la combinació d'elements genètics presents en aquest virus augmentava molt la mida del genoma i no va permetre la introducció d'un transgen per superar les barreres presents als tumors. En un segon virus, l'optimització dels elements genètics va permetre aconseguir un virus que, gràcies a les caixes d'unió d'E2F, presentava un baix perfil de toxicitat i una gran potència antitumoral, fins i tot superior a la dels adenovirus salvatges. A més, la mida tan reduïda del seu genoma permet una expressió eficient i potent de transgens. Addicionalment, en aquest treball també s'analitzen els possibles beneficis de selectivitat i potència que poden tenir dos modificacions genètiques, la mutació T1 i la fibra RGDK, descrites amb anterioritat pel nostre grup. Tot plegat, aquest treball analitza la millor combinació possible d'elements genètics per aconseguir una bona base que permeti la construcció d'un futur adenovirus potent, selectiu i amb capacitat per destruir les barreres estromals dels tumors, superant així les limitacions més importants de la teràpia adenoviral del càncer i presentant-se com un ferm candidat a ser testat en futurs assajos clínics.

Conditionally Replicating Adenoviruses (CRADs) are novel antitumor agents due to their ability to self-amplify at the tumour site. Clinical trials performed with a first generation of these agents pointed out a critical need of improved antitumor activity, without overlooking concerning adverse effects of replication in normal tissues. However, one of the main limitations of this therapy is the inability of CRADs to overcome the barriers imposed by tumour stroma, including stromal cells and extracellular matrix. Transgene expression is valuable strategy to counteract these limitations and to enhance antitumor activity. For this purpose, the genetic backbone in which the transgene is inserted should be optimized to render transgene expression compatible with the adenovirus replication cycle and to keep genome size within the encapsidation size limit. In this work, we explore the use of palindromic E2F-binding sites to enhance the selectivity and the potency of CRADs. In a first virus, the insertion of these sites in an E2F-1 promoter controlling the expression of the E1A protein resulted in a significant increment in the oncolytic activity, both in vitro and in vivo. However, the unique combination of genetic elements present in this virus hindered the incorporation of transgenes to overcome stromal barriers. In a second virus, the insertion of E2F-binding sites into the endogenous E1A promoter allowed to solve this limitation. The insertion of these sites results in a low systemic toxicity profile in mice. Importantly, the E2F-binding sites also increased the cytotoxicity and the systemic antitumor activity relative to wild-type adenovirus in all cancer models tested. Furthermore, the constrained genome size of this backbone allows an efficient and potent expression of transgenes. In addition to this, in this work we also test the benefits in selectivity and potency of two previous mutations reported by our group, the T1 mutation and the RGDK fibre. All together, this thesis analyzes the best possible combination of genetic elements to achieve an adenoviral backbone that permits the design of a future CRAD, potent, selective and capable of destroy tumour stromal barriers, overcoming the main limitations of cancer virotherapy and constructing a firm candidate to be tested in future clinical trials.