Journal of Glycomics & Lipidomics
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Abstrait

Immunosuppression dans les tumeurs Les galectines recouvrent les lymphocytes infiltrant les tumeurs humaines et bloquent leurs fonctions

Pierre van der Bruggen

Nous décrivons un nouveau mécanisme de dysfonctionnement des lymphocytes infiltrant les tumeurs (TIL) humains. Les TIL ne sécrètent pas de cytokines et d'enzymes lytiques lors de la stimulation, bien qu'ils soient normalement activés et capables de produire ces molécules effectrices à l'intérieur de la cellule. Étonnamment, ces molécules effectrices restent piégées à l'intérieur de la cellule. Ce défaut est lié à la présence de galectine-3 à la surface des TIL et peut être résolu par des agents qui détachent la galectine-3 de la surface des TIL. Le processus normal de sécrétion est bloqué dans les TIL dysfonctionnels, en raison d'une mobilité altérée de LFA-1 et d'un réarrangement de l'actine au niveau de la synapse sécrétoire. Il s'agit de la première observation d'un découplage entre la production et la sécrétion de cytokines dans les TIL.

Nous émettons également l'hypothèse que les réseaux de galectines accrochés au microenvironnement tumoral peuvent capturer des facteurs immunitaires glycosylés, bloquant ainsi leur fonction antitumorale. La présence de galectine-3 dans le microenvironnement tumoral a réduit la diffusion de l'IFNγ et sa capacité à induire le gradient de chimiokine nécessaire pour attirer les lymphocytes T antitumoraux. La galectine-3 a capturé  l'IFNγ glycosylé in vitro  et réduit la diffusion de l'IFNγ à travers une matrice de collagène. L'inhibition des galectines a amélioré la capacité des cellules tumorales humaines à exprimer CXCL9/10 lors du traitement par l'IFNγ in vitro. Dans un modèle de souris humanisée, la galectine-3 humaine limite la diffusion intratumorale de l'IFNγ. La co-injection d'IFNγ et d'antagonistes de la galectine a amélioré l'infiltration tumorale par des cellules T CD8+ autologues injectées par voie intraveineuse et a retardé la croissance tumorale, par rapport aux tumeurs injectées avec l'IFNγ seul. Nos résultats contribuent à expliquer pourquoi certaines tumeurs humaines peuvent être considérées comme « froides » car peu infiltrées par les lymphocytes T anti-tumoraux.

 Les galectines libérées par les cellules tumorales et les macrophages peuvent se lier aux glycoprotéines de surface des lymphocytes infiltrant les tumeurs (TIL), formant ainsi des réseaux glycoprotéine-galectine aux activités immunosuppressives. Plus précisément, les TIL recouverts de galectine-3 sont incapables de sécréter des cytokines après stimulation. Le traitement ex vivo des TIL avec des antagonistes de la galectine pendant quelques heures renforce leurs fonctions. Plusieurs antagonistes de la galectine sont actuellement disponibles pour des essais cliniques.

Les lymphocytes infiltrant les tumeurs (TIL) sont dysfonctionnels

De nombreux patients atteints de cancer développent une réponse spontanée des lymphocytes T antitumoraux. Cependant, les preuves du caractère immunosuppresseur du microenvironnement tumoral s'accumulent.

Tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) freshly isolated from a variety of human tumor samples have often proven defective in lysing relevant target cells and secreting interferon-γ (IFNγ). TILs usually express immune checkpoint receptors, such as cytotoxic T lymphocyte associated protein 4 (CTLA4) and programmed cell death-1 (PDCD1, better known as PD-1), molecular features of exhausted lymphocytes. Blocking these receptors with antibodies has been shown to prolong survival of T cells and boost their proliferation upon activation in vitro. Such antibodies have shown their efficacy in a trial with advanced melanoma patients.

Galectin Antagonists Boost Human TIL Functions

Galectins are lectins and thus recognize sugar moieties. By oligomerizing and crosslinking glycoproteins at the surface of T cells, galectins form glycoprotein-galectin lattices that impede the motility of receptors important for T-cell functions. We proposed several years ago that extracellular galectin-3 is responsible for deficiencies in TIL functions. Galectin-3 is secreted by cancer cells, macrophages, and activated T cells, and can accumulate in the tumor microenvironment. Treating CD8⁺ or CD4⁺ TILs freshly isolated from solid tumors or carcinoma ascites with galectin antagonists or with an anti-galectin-3 antibody, even for just a few hours, markedly increased their IFNγ secretion and cytotoxicity.

Galectin-1 and galectin-3 recognize N-acetyl-lactosamine (LacNAc) motifs. Detaching galectin-1 and galectin-3 from cells can be achieved with competing sugars such as lactose, LacNAc, some dithiodigalactosides designed by Ulf Nilsson (Lund University) and developed by Galecto Biotech, or clinical-grade citrus pectin named GCS-100 developed by La Jolla Pharmaceuticals. Antibody B2C10 that is directed against the N-terminal part of galectin-3, at the opposite site of the carbohydrate recognition domain, can also detach galectin-3 from cells, most probably by disassembling galectin-3 oligomers, thus keeping it in a lower affinity form. We recently described that another clinical-grade product developed by Galectin Therapeutics, GM-CT-01, is also able to boost human TIL functions via disorganizing glycoprotein-galectin lattices, without actually detaching galectins from cells. GM-CT-01 is a galactomannan of about 50 kDa obtained by hydrolysis of guar gum, extracted from guar beans. Its half-life in Cynomolgus monkeys is between 12 to 18 h. GM-CT-01 interacts with a site in galectin-1, also present in galectin-3, opposite to the carbohydrate-binding

domain, acting as an allosteric antagonist.

Is TIL Immunosuppression a Story About Sugars and Galectins?

We have reported that freshly isolated CD8⁺ TILs that are heavily covered by galectin-3 are the CD8⁺ TILs that harbor a glycome rich in lactosamine motifs and thus strongly stained with Lycopersicon esculentum lectin (LEL). These TILs were totally blocked for IFNγ secretion upon stimulation. Addition of galectin antagonists disorganizes galectin-glycoprotein lattices and retrieves the ability of the LEL^high galectin-3^high CD8⁺ TILs to secrete IFNγ after stimulation. This is in agreement with our working hypothesis: a high percentage of TILs are activated lymphocytes, which therefore harbor many LacNAc motifs, the natural ligands of galectin-1 and -3. The abundance of LacNAc motifs and galectins would favor the formation of galectin-glycoprotein lattices at the TIL surface and result in a decreased surface motility of the receptors involved in T-cell functions.

Are Galectin Antagonists Candidate Treatments for Clinical Trials?

Remarkably, briefly treating human TILs ex vivo with galectin antagonists is sufficient to strongly increase IFNγ secretion and cytolytic ability, a reactivation that appears unique to galectin antagonists. In contrast, other groups have treated T cells with antibodies specific for inhibitory receptors, such as those aforementioned. This treatment does not provide an immediate functional correction but instead results in an enhanced proliferation of T cells, yielding a higher number of functional T cells a few days later. We have observed that two clinical-grade galectin antagonists, GCS-100 and GM-CT-01, boost IFNγ secretion upon ex vivo stimulation among ~80% of CD8⁺ and ~50% of CD4⁺ patient TIL samples. These TIL samples were obtained from patients bearing tumors of distinct histological origins, including those arising from melanocyte, biliary tract, prostate, esophagus, liver, colon, pancreas, and ovary. Galectin antagonists had no effect on the IFNγ secretory responses of stimulated blood T lymphocytes from donors without cancer. These two compounds have already been injected intravenously in cancer patients without severe side effects.

In addition to its straightforward effect on TIL functions, inhibition of extracellular galectins may have other beneficial antitumoral benefits. Upregulated galectin-3 expression and secretion is a feature of alternative macrophage activation. Galectin antagonists could interrupt the galectin-3 feedback loop that enhances alternative macrophage polarization and activation, dampening chronic inflammation.Moreover, in murine models, extracellular galectin-3 seems to favor breast and melanoma metastases by supporting tumor cell adhesion. Resistance of galectin-3 knock-out mice to melanoma metastasis also correlates with a

higher NK cytotoxicity

Biography

Pierre van der Bruggen est titulaire d'un doctorat en sciences agronomiques. En 1988, il rejoint l'Institut Ludwig pour la recherche sur le cancer et identifie en 1991 le premier gène humain, MAGE-1, codant pour un antigène tumoral reconnu par les lymphocytes T cytolytiques. Il identifie au fil des ans plusieurs autres antigènes tumoraux, qui ont été utilisés dans des essais cliniques. Son groupe a découvert un nouveau type d'anergie des lymphocytes infiltrant les tumeurs humaines, due à la présence de galectine-3, une lectine abondante dans les tumeurs. Le groupe analyse en outre les mécanismes par lesquels les antagonistes de la galectine inversent les fonctions altérées des lymphocytes T.