Exploring the Innate Sensors Underlying Cancer Immunosurveillance

点击翻译按钮获取中文摘要

Project Summary  While checkpoint blockade has provided unprecedented clinical benefit, there are still many cancer patients who  remain  unresponsive  to  therapy.  Given  that  the  presence  of  tumor-­infiltrating  CD8+  T  cells  predicts  clinical  responses,  there  has  been  increased  focus  on  what  spontaneously  generates  this  “inflamed”  tumor  microenvironment. In answering this question, current approaches have identified phagocytosed tumor DNA as  the  ligand  that  activates  cGAS-­STING  pathway  in  BATF3-­dependent  DCs  to  elicit  type  I  IFN  signaling  that  ultimately matures DCs and effectively primes T cells. These approaches, however, depend primarily on tumor  models  that  highly  express  infectious  endogenous  retroviruses  (ERVs),  which  is  absent  in  human  cancers.  Because there  is  the  possibility  that  type  I  IFN  and  innate  sensors are being  erroneously  induced, we propose  to use ERV-­free immunogenic YUMMER melanoma lines developed by Marcus Bosenberg to study the innate  sensors  involved  in  activating  DCs.  Based  on  preliminary  data  demonstrating  that  tumor  rejection  is  STING-­ dependent but cGAS-­independent and recent studies showing that chromosomal instability (CIN) in cancer can  autonomously activate cGAS-­STING-­NFkB pathway, we hypothesize that CIN is activating tumor production of  cGAMP which then transactivates STING in nearby BATF3-­dependent DCs, leading to NFkB signaling and DC  maturation. To directly test this, I will pursue the following aims. For my first aim, I will determine the host cell  type  in  which  STING  expression  is  required  for  cancer  immunosurveillance.  To  accomplish  this,  I  will  subcutaneously implant YUMMER cells in mice lacking various DC lineages and screen for any deficiencies in  tumor rejection, tracking tumor volume and measuring DC activation and T cell infiltration by flow cytometry. For  my second aim, I will identify the tumor-­derived ligand that is responsible for activating host STING. To  do  this,  I  will  induce  CIN  in  YUMM  cells  (the  non-­immunogenic  parental  cell  line  of  YUMMER  lines)  by  overexpressing the dominant negative allele of microtubule depolymerizing kinesin (MCAK) to test whether CIN  is sufficient to induce a host STING-­dependent rejection. We will also stably knockout cGAS in YUMMER cells  to assess whether spontaneous rejection can be abrogated in the absence of tumor cGAMP production. For my  third  aim,  I  will  elucidate  the  downstream  signaling  pathway  elicited  by  host  STING.  By  conditionally  knocking out NFkB pathway components in the identified DC lineage, we will verify whether NFkB is required for  cancer  immunosurveillance.  Next,  we  will  utilize  RNA-­Seq  of  sorted  DCs  to  identify  potential  cytokines  driving  tumor rejection and verify that these identified cytokines are required for immunosurveillance by administration  of  depleting  cytokines.  If  our  hypothesis  proves  true,  we  will  have  identified  how  the  innate  immune  system  broadly  recognizes  cancer  as  a  pathogen  to  initiate  a  specific  adaptive  response.  We  expect  that  our  findings  will uncover new strategies to convert “cold” tumors into “hot” ones that can be targeted with checkpoint inhibition.