Characterization of the Vdelta1+ T cell receptor repertoire during early and adult human life: implication of clonal diversity for cancer immunotherapy

09/07/2019

γδ T-cells play important roles at the interface between the innate and the adaptive immune systems. In humans, V(D)J recombination and expansions due to environmental antigens result in two major subsets of γδ T-cells: Vγ9Vδ2 T-cells, the predominant subtype in the peripheral blood (PB); and Vδ1+ T-cells, the dominant one in post-natal thymus and in peripheral tissues (and second most abundant in PB). Whereas a lot has been dissected in Vγ9Vδ2 T-cell biology, much less is known about the repertoire, recognition and activation of Vδ1+ T-cells. During my PhD project, we addressed these issues using a combination of genetic, biochemical and immunological assays. First, we applied Next Generation Sequencing (NGS) to highly (FACS-)purified Vδ1+ thymocytes. Their repertoire characterization revealed unsuspected aspects of thymic rearranged and expressed TRG and TRD repertoires. Our study constitutes a resource providing new data and qualifying previous conclusions on the TCR repertoire of human thymic γδ T-cells. We next explored the immunotherapeutic potential of PB Vδ1 + T-cells. Using our recently developed clinical-grade protocol for expansion and differentiation of “Delta One T” (DOT)-cells, we found them to be highly cytotoxic against acute myeloid leukemia (AML) primary samples and cell lines, including cells selected for resistance to standard chemotherapy, suggesting a broad recognition domain. Transfer of DOT-cells in vivo reduced AML load in the blood and target organs of multiple human AML xenograft models; and significantly prolonged host survival, without any noticeable toxicity, thus providing the proof-of-concept for DOT-cell application in AML treatment. Finally, thanks to a biochemical approach designed in collaboration with the Dechanet-Mérville laboratory, we provided new insights into the mechanisms of tumour cell recognition by γδ T-cells, supporting a novel working model in which inducing CD3-TCR complex clustering enables multiple Vδ1+ γδTCRs to recognize a “superantigen”-like molecule on the target cell surface, with no involvement of the CDR3 region, and thereby overcoming the need of clonal-specific ligands. This opens new avenues for investigation in a joint and continued effort with our collaborators. Overall, my PhD thesis unravelled various new aspects of Vδ1+ γδ T-cell biology, from their development in the human thymus to their therapeutic potential against tumour cells, thus highlighting their importance within the human immune system. As células T γδ desempenham funções importantes na interface entre o sistema imune inato e o adaptativo. Em humanos, a recombinação V(D)J e a expansão devida a antigénios ambientais resultam em dois subtipos principais de células T γδ: as células T Vγ9Vδ2, o subtipo predominante no sangue periférico (PB); e as células T Vδ1+ , o subtipo dominante no timo pós-natal e nos tecidos periféricos (e o segundo mais abundante no PB). Embora muito tenha sido dissecado na biologia de células T Vy9Vδ2, sabe-se muito menos sobre o repertório, reconhecimento e ativação das células T Vδ1+ . Durante o meu projeto de doutoramento, abordámos essas questões usando uma combinação de ensaios genéticos, bioquímicos e imunológicos. Primeiro, aplicamos Next Generation Sequencing (NGS) a timócitos Vδ1+ altamente purificados (FACS). A caracterização do repertório revelou aspectos até agora desconhecidos no que diz respeito aos repertórios TRG e TRD rearranjados e expressos por estes timócitos. O nosso estudo constitui um recurso que fornece novos dados e qualifica conclusões prévias sobre o repertório do receptor de células T (TCR) γδ tímicas humanas.Em seguida, explorámos o potencial imunoterapêutico das células PB Vδ1+ . Usando o nosso protocolo de grau clínico desenvolvido recentemente para expansão e diferenciação de células Delta One T (DOT), descobrimos que elas são altamente citotóxicas contra amostras primárias de leucemia mielóide aguda (AML) e linhas celulares, incluindo células selecionadas para resistência a quimioterapia, sugerindo uma ampla capacidade de reconhecimento. A injeção de células DOT in vivo reduziu a carga de AML no sangue e órgãos de múltiplos modelos de xenoenxerto de AML humana e prolongou significativamente a sobrevivência dos animais, sem qualquer toxicidade perceptível, fornecendo a proof-of-concept para a aplicação de células DOT no tratamento de AML. Finalmente, graças a uma abordagem bioquímica desenvolvida em colaboração com o laboratório de Julie Dechanet-Mérville, fornecemos novos conhecimentos sobre os mecanismos de reconhecimento de células tumorais por células T γδ, apoiando um novo modelo de trabalho no qual a indução de complexos CD3-TCR permite aos múltiplos Vδ1+ γδTCR reconhecer uma molécula do tipo "superantígénio" na superfície da célula-alvo, sem envolvimento da região CDR3, superando assim a necessidade de ligandos específicos para clones. Isto abre novos caminhos para a investigação num esforço conjunto e contínuo com nossos colaboradores. No geral, a minha tese de doutoramento desvendou vários novos aspectos da biologia da célula T γδ Vδ1+ , desde o seu desenvolvimento no timo humano até ao seu potencial terapêutico contra células tumorais, destacando assim a sua importância dentro do sistema imunológico humano.

Autores da comunidade :

• 

  B

  Biagio Di Lorenzo

  ist427030

Orientadores desta instituição:

• 

  C

  CLÁUDIA ALEXANDRA MARTINS LOBATO DA SILVA- Investigadora

  ist403018

101503849

Doutoramento em Bioengenharia

industrial-biotechnology - Biotecnologia Industrial

Palavras-chave

• células T γδ
• análise de repertórios γδTCR tímicos
• clonalidade do TCR γδ
• DOT targeting de AML
• identificação de ligandos
• γδ T cells
• analysis of thymic γδTCR repertoires
• γδTCR clonality
• DOT cell targeting of AML
• ligand identification

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