A Cancer Prevention Dendritic Cell Vaccine: Frameshift-Derived Neoantigens as Immunopreventive Targets in Lynch Syndrome

Abstract

[eng] Lynch Syndrome (LS) is the most common cause of hereditary colorectal cancer and is associated with pathogenic germline variants in DNA mismatch repair (MMR) genes. The deficiency in this repair system leads to an accumulation of mutations, particularly in repetitive sequences, resulting in microsatellite instability (MSI) and the presence of specific neoantigens derived from frameshift mutations. Despite advances in surveillance and prevention strategies, LS carriers continue to face a high lifetime risk of developing multiple tumours. This thesis investigates the potential of neoantigens generated by frameshift mutations in mononucleotide repeat (MNR) sequences as immunotherapeutic targets for cancer prevention in LS carriers. Genomic data from frequent mutations in MSI tumours and precancerous lesions were analysed with the goal of identifying variants shared among patients and of prioritizing those with the highest immunogenic potential. Using bioinformatics tools, frameshift sequences were selected based on their high likelihood of being presented by various Human Leukocyte Antigen (HLA) alleles, and thus recognized by the immune system of the majority of the population. Once these sequences were selected, the presence of their associated mutations was validated in different tumour types, revealing that a significant proportion of these neoantigens are shared among various MSI cancers, both LS-related and unrelated. This suggests the existence of a common neoantigen profile in MMR-deficient tumours, potentially allowing for broader application of our vaccine. In vitro experiments confirmed the immunogenicity of the selected neoantigens, showing they can be recognized by T lymphocytes from LS patients, regardless of cancer history. This supports the hypothesis that these individuals develop immune responses and eliminate MSI lesions even before clinical detection, generating immunological memory that could be enhanced through vaccination. On this basis, a preventive dendritic cell (DC)-based vaccine was developed, composed of a selection of the most promising neoantigens. Using these cells at a preventive stage retains their full potential to induce robust and physiological immune responses. This formulation will be evaluated in a phase Ib clinical trial, whose main goal is to determine

the vaccine’s safety and its ability to induce a protective immune response in LS carriers. Preliminary results from the validation phases of the trial show that the strategy is feasible and that there is specific recognition of certain neoantigens by T cells in individuals prior to vaccination, suggesting relevant preventive potential. Overall, this thesis demonstrates that neoantigens derived from frameshift mutations represent a promising strategy for the development of immunotherapies and immunoprevention approaches in LS and other MSI tumours, marking a step forward in improving the quality of life for these individuals.

[cat] El Síndrome de Lynch (LS) és la causa més comuna de càncer colorectal hereditari i està associat a variants patogèniques germinals en els gens de reparació d’errors de replicació de l’ADN (MMR, Mismatch Repair). La deficiència en aquest sistema de reparació provoca una acumulació de mutacions principalment en seqüències repetitives, generant inestabilitat de microsatèl·lits (MSI) i la presència de neoantígens específics derivats de mutacions de canvi de marc de lectura (frameshift). Malgrat els avenços en les estratègies de vigilància i prevenció, els portadors de LS continuen tenint un risc elevat de desenvolupar múltiples tumors al llarg de la seva vida. Aquesta tesi investiga el potencial dels neoantígens generats per mutacions frameshift en seqüències mononucleotídiques repetitives (MNR) com a dianes immunoterapèutiques per a la prevenció del càncer en portadors de LS. S’han analitzat dades genòmiques de mutacions freqüents en tumors i lesions pre-canceroses MSI amb l’objectiu d’identificar variants compartides entre pacients i prioritzar aquelles amb més potencial immunogènic. A través d’eines bioinformàtiques, es van seleccionar seqüències amb una alta probabilitat de ser presentades per diverses molècules del Complex Major d’Histocompatibilitat (MHC) i, per tant, reconegudes pel sistema immunitari de la majoria de la població. Un cop seleccionades aquestes seqüències, es va validar la presència de les seves mutacions associades en diferents tipus de tumors, descobrint que un percentatge significatiu d’aquests neoantígens és compartit entre diversos càncers MSI, tant associats com no associats a LS. Això suggereix que existeix un perfil comú de neoantígens en tumors amb deficiència en MMR, la qual cosa podria permetre l’ampliació de l’abast de la nostra vacuna. Els experiments in vitro van confirmar la immunogenicitat dels neoantígens seleccionats, demostrant que poden ser reconeguts per limfòcits T de pacients amb LS, tant si tenen antecedents de càncer com si no. Això dona suport a la hipòtesi que aquests individus desenvolupen respostes immunitàries i eliminen lesions MSI fins i tot abans que siguin clínicament detectables, generant una memòria immunològica que podria ser ampliada mitjançant la vacunació.

Sobre aquesta base, s’ha desenvolupat una vacuna preventiva basada en cèl·lules dendrítiques, composta per una selecció dels neoantígens més prometedors. L’ús d’aquestes cèl·lules en un estadi preventiu manté tot el seu potencial en la inducció de respostes immunes robustes i fisiològiques. Aquesta formulació s’avaluarà en un assaig clínic de fase Ib, l’objectiu principal del qual és determinar la seguretat de la vacuna i la seva capacitat per induir una resposta immune protectora en portadors de LS. Els resultats preliminars obtinguts en les fases de validació de l’assaig mostren que l’estratègia és factible i que existeix un reconeixement específic d’alguns neoantígens per part de cèl·lules T en individus abans de la vacunació, fet que suggereix un potencial preventiu rellevant. En conjunt, aquesta tesi demostra que els neoantígens derivats de mutacions frameshift representen una estratègia prometedora per al desenvolupament d’immunoteràpies i estratègies d’immunoprevenció en LS i altres tumors MSI, fent un pas endavant cap a la millora de la qualitat de vida d’aquests individus.