Interrogating resistance mechanisms to PD-1 blockade therapy

Abstract

La immunoteràpia basada en el bloqueig del PD-1/PD-L1 ha aconseguit respostes antitumorals a llarg termini en pacients amb càncer metastàsic, però és important conèixer per què alguns pacients no responen o com altres inicialment responen i després progressen. Nosaltres vam estudiar els mecanismes de resistència a el bloqueig de l'PD-1 en biòpsies i línies cel·lulars de melanoma humà intervingudes per les mutacions de pèrdua de funció de l'JAK1/2 a la via de l'receptor d'l'IFN i la inactivació de l'B2M en la presentació antigènica.

Amb el fi de caracteritzar el significat biològic i validar el rol d’aquestes mutacions, desenvolupem models genètics de resistència adquirits amb les mutacions de pèrdua de funció del JAK1, JAK2 i B2M per desactivació específica d’aquests genes (knockout) en línies cel·lulars de melanoma humà y líneas murinas. Les línies de melanoma amb JAK1/2 knockout es van tornar insensibles als efectes antitumorals induïts per l'interferó, mentre que les cèl·lules T específiques d'antigen ja no eren reconegudes en les línies amb B2M knockout i, per tant, eren resistents a la citotoxicitat. Totes aquestes mutacions condueixen a la resistència a la teràpia anti-PD-1 a els experiments in vivo.

Basada en la comprensió mecanicista d’aquestes mutacions de resistència adquirida, dissenyem estratègies destinades a superarla. La resistència al JAK1/2 knockout poden superar-se amb l’activació de la immunitat innata i adaptativa de l’administració intratumoral de l’agonista de receptor tipus Toll 9 amb anti-PD-1, dicha resposta és mediada pels linfocits T CD8 i cèl·lules assessines naturals (NK). La resistència a la inactivació del B2M pot superar mitjançant l'activació de cèl·lules NK i cèl·lules T CD4 utilitzant el CD122, agonista preferencial de IL2, bempegaldesleukin. Per tant, les teràpies de combinació dissenyades racionalment mitjançant la comprensió mecanicista poden superar la resistència genètica a la teràpia de bloqueig del PD-1.

La immunoterapia basada en el bloqueo del PD-1/ PD-L1 ha logrado respuestas antitumorales a largo plazo en pacientes con cáncer metastásico, pero es importante conocer por qué algunos pacientes no responden o cómo otros inicialmente responden y después progresan. Nosotros estudiamos los mecanismos de resistencia al bloqueo del PD-1 en biopsias y líneas celulares de melanoma humano mediadas por las mutaciones de pérdida de función del JAK1/2 en la vía del receptor del IFN y la inactivación del B2M en la presentación antigénica.

Con el fin de caracterizar el significado biológico y validar el rol de estas mutaciones, desarrollamos modelos genéticos de resistencia adquirida con las mutaciones de pérdida de función del JAK1, JAK2 y B2M por desactivación específica de estos genes (knockout) en líneas celulares de melanoma humano y líneas murinas. Las líneas de melanoma con JAK1/2 knockout se volvieron insensibles a los efectos antitumorales inducidos por el interferón, mientras que las células T específicas de antígeno ya no eran reconocidas en las líneas con B2M knockout y, por tanto, eran resistentes a la citotoxicidad. Todas estas mutaciones conducen a la resistencia a la terapia anti-PD-1 en los experimentos in vivo.

Basada en la comprensión mecanicista de estas mutaciones de resistencia adquirida, diseñamos estrategias destinadas a superarla. La resistencia al JAK1/2 knockout pueden superarse con la activación de la inmunidad innata y adaptativa de la administración intratumoral del agonista de receptor tipo Toll 9 con anti-PD-1, dicha respuesta es mediada por los linfocitos T CD8 y células asesinas naturales (NK). La resistencia a la inactivación del B2M puede superarse mediante la activación de células NK y células T CD4 utilizando el CD122, agonista preferencial de IL2, bempegaldesleukin. Por lo tanto, las terapias de combinación diseñadas racionalmente mediante la comprensión mecanicista pueden superar la resistencia genética a la terapia de bloqueo del PD-1.

Immunotherapy with PD-1 or PD-L1 blockade has been proved to accomplish long term anti-tumor responses in patients with metastatic cancer, but it is extremely important to understand why some patients never respond to this mode of therapy, and how some patients respond and then progress. We have been studying resistance mechanisms to PD-1 blockade in patient biopsies and human melanoma cell lines mediated by JAK1/2 loss-of-function mutations in the IFN-receptor pathway and the inactivation of B2M in the antigen presentation.

To characterize the biological significance and validate the role of these mutations leading to resistance to PD-1 blockade, we developed genetic acquired resistant models of JAK1, JAK2 and B2M loss-of-function mutations by gene knockout in human melanoma cell lines and murine cell lines. Human melanoma cell lines with JAK1/2 knockout became insensitive to interferon IFN-induced antitumor effects, while B2M knockout were no longer recognized by antigen-specific T cells and hence was resistant to cytotoxicity. All of these mutations led to resistance to anti-PD-1 therapy in vivo.

Based on the mechanistic understanding of these genetic acquired resistance mutations, we allowed the design of strategies aimed to overcome resistance. JAK1/2 knockout resistance could be overcome with the activation of innate and adaptive immunity by intratumoral Toll-like receptor 9 agonist administration together with anti-PD-1, mediated by natural killer (NK) and CD8 T cells. B2M knockout resistance could be overcome by NK-cell and CD4 T-cell activation using the CD122 preferential IL2 agonist bempegaldesleukin. Therefore, mechanistically designed combination therapies can overcome genetic resistance to PD-1 blockade therapy.