Pharmacological Inhibitors of Anaplastic Lymphoma Kinase (ALK) Induce Immunogenic Cell Death Through On-Target Effects
Institution:
université Paris-SaclayDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Genetic aberrations hitting oncogenes or oncosuppressors drive tumor transformation and proliferation and yet contribute to hide tumor cells from immune recognition and elimination. For instance, oncogene abnormal activation guides immune escape recruiting immunosuppressive macrophages or myeloid-derived suppressor cells or hiding tumor cells from recognition by T lymphocytes (downregulating class I major histocompatibility complex). Accordingly, targeting oncogenic pathways contribute to harness the immune system against tumor cells reverting these immunosuppressive mechanisms. Over the past decades, many researches demonstrated that several anticancer chemotherapeutics, commonly used in clinic, do not only kill neoplastic cells but rather succeed in inducing potent and clinically relevant antitumor immune responses. Often, such effects are obtained through the induction of immunogenic cell death (ICD), a cell death modality characterized by a series of distinctive changes that increase the immunogenicity of dying cells: (i) exposure of calreticulin on the cell surface, (ii) release of ATP and (iii) high mobility group box 1, as well as a (iv) Type-I interferon response. This project examined the possibility that inhibition of an oncogenic kinase, anaplastic lymphoma kinase (ALK), might promote the immune-mediated elimination of cancer cells, triggering ICD. We used anaplastic large cell lymphoma (ALCL) as model, where ALK is expressed and activated following a translocation between chromosomes 2 and 5.We demonstrated that two different ALK pharmacological inhibitors, crizotinib and ceritinib, elicited ICD markers in vitro. The immunogenic phenotype of crizotinib- and ceritinib-induced cell death relied strictly on ALK inhibition. Multiple lines of evidences pointed into this direction: (i) crizotinib and ceritinib induced ICD hallmarks at pharmacologically relevant, low concentrations; (ii) ICD-inducing effects could be mimicked by ALK genetic knockdown; and (iii) signs of ICD were reduced when crizotinib binding was impaired due to a point mutation in ALK kinase domain. In addition, we dissected ALK downstream pathways to identify PI3K as the main ICD-repressing pathway. Finally, we confirmed the immunogenicity of ceritinib in vivo, using murine ALK-driven lymphoma cells. If such cells were treated in vitro with ceritinib and then injected into syngeneic mice, they induced an immune response that slowed down growth of live cells injected two weeks later. In lymphoma bearing mice, ceritinib induced the regression of tumors followed by relapses. Such relapses occurred more frequently and more quickly in immunodeficient hosts as compared to immunocompetent mice. Only in the latter, complete cure would be obtained in 30% of the cases. Altogether, our results provided the scientific basis to combine ALK inhibitors with immunotherapeutic agents including programmed cell death protein 1 (PD1) blockade. Indeed, combination of ceritinib with anti-PD1 blocking antibody increased the percentage of complete cures to 55%.ICD inducers have been identified in the past decades in cytotoxic agents that non-specifically target general cellular functions such as DNA-to-RNA transcription or microtubular polymerization. The present work characterized two ALK tyrosine kinase inhibitors for their ICD-inducing effects, evaluating their effects on ALK+ ALCL (which depends on ALK as a major oncogenic and trophic factor). Moreover, it demonstrates that ALK specific inhibition accounts for their ICD-inducing effects. These effects are also reflected by ceritinib-induced anti-lymphoma immune response in a preclinical model. Hence, the successful treatment of ALCL most likely relies, at least in part, on improved immunosurveillance, opening up to the possibility of combining ALK inhibitors with immunotherapeutic strategies. Future studies must explore the clinical utility of these combinations for the definitive cure of ALK-dependent tumors.
Abstract FR:
Les aberrations génétiques qui touchent les oncogènes ou les oncosuppresseurs provoquent la transformation des cellules saines en cellules tumorales et contribuent à les cacher à l'élimination par le système immunitaire. Par exemple, l'activation anormale des oncogènes guide l'évasion immunitaire en recrutant des macrophages immunosuppresseurs ou en atténuant l’expression du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. En conséquence, le ciblage des voies oncogènes contribue à exploiter le système immunitaire contre les cellules tumorales en inversant ces mécanismes immunosuppresseurs.Au cours des dernières décennies, il a été démontré que plusieurs chimiothérapies anticancéreuses induisent une réponse immunitaire antitumorale grâce à l'induction de la mort cellulaire immunogène (ICD), une modalité de mort cellulaire caractérisée par des signes distinctifs qui augmentent l'immunogénicité des cellules mourantes : exposition de la calréticuline à la surface cellulaire ; libération d'ATP et de la protéine HMGB1 («High mobility group box 1») ; l’activation de l'interféron de type I.Le but de ma thèse était d’examiner la possibilité que l'inhibition d'une kinase oncogénique, ALK («Anaplastic lymphoma kiase»), favoriserait l'élimination des cellules cancéreuses par le système immunitaire, déclenchant l’ICD. Nous avons utilisé le lymphome anaplastique à grandes cellules (ALCL) comme modèle, qui dépend d'ALK comme facteur oncogène et trophique.Mes travaux de thèse ont démontré que deux inhibiteurs d’ALK, crizotinib et ceritinib, induisent les marqueurs de l’ICD in vitro, à travers l’inhibition spécifique d’ALK. D’ailleurs, le crizotinib et le céritinib induisent les marqueurs de l’ICD à de faibles concentrations pharmacologiquement pertinentes ; l’ICD est imité par la suppression génétique ALK ; et les signes de l’ICD sont réduits lorsque le lien du crizotinib est atténué en raison d'une mutation ponctuelle d’ALK. En outre, nous avons disséqué les voies de signalisation en aval d’ALK et identifié la voie PI3K comme principal répresseur de l’ICD. Enfin, nous avons confirmé l'immunogénicité du céritinib in vivo, en utilisant des cellules de lymphome murin exprimant ALK. Telles cellules, traitées in vitro avec du céritinib et puis injectées à des souris syngéniques, induisent une réponse immunitaire qui ralentit la croissance des cellules vivantes injectées deux semaines plus tard. En outre, chez les souris porteuses de lymphomes, le céritinib induit la régression des tumeurs suivie de rechutes. Telles rechutes sont plus fréquentes chez les hôtes immunodéprimés que les souris immunocompétentes. D’ailleurs, 30% de ces derniers guérissent complètement. Dans l'ensemble, nos résultats ont fourni la base scientifique pour combiner les inhibiteurs d'ALK avec des immunothérapies, y compris le blocage du récepteur PD-1 («programmed cell death protein1»). En effet, la combinaison du ceritinib avec un anticorps bloquant anti-PD1 augmente le pourcentage de guérisons complètes à 55% dans le modèle préclinique.Au cours des dernières décennies, les inducteurs d’ICD ont été identifiés parmi des agents cytotoxiques qui ciblent de manière non spécifique des fonctions cellulaires générales telles que la transcription d’ADN ou la polymérisation microtubulaire. Le présent travail a caractérisé deux inhibiteurs de la tyrosine kinase ALK pour leur capacité d’induire l’ICD, évaluant leurs effets sur l’ALCL ALK+. De plus, cela démontre que l'inhibition spécifique d'ALK induit l’ICD. Cet effet est confirmé par la réponse immunitaire anti-lymphome induite par le ceritinib dans le modèle préclinique de la maladie. Par conséquent, le traitement de l'ALCL repose, au moins en partie, sur une immunosurveillance améliorée, ouvrant la possibilité de combiner les inhibiteurs d'ALK avec des stratégies immunothérapeutiques. Les études futures doivent explorer l'utilité clinique de ces combinaisons pour la guérison définitive de l’ALCL ALK+.