Exploring the potential of selectively killing PD-L1-expressing cells in cancer therapy

Abstract

Inhibition of immune checkpoints such as the PD-1/PD-L1 axis has shown impressive responses in some tumors of otherwise very bad prognosis, such as metastatic melanoma. Unfortunately, and for reasons that remain largely unknown, some patients do not respond to this therapy. A potential limitation is that immunosuppressive cells expressing PD-L1 might likely suppress the immune response through additional inhibitory immune checkpoints or other mechanisms. We have hypothesized that the selective elimination of PD-L1-expressing cells could have more profound effects in cancer therapy than just blocking PD-1/PD-L1 interaction. To address this hypothesis, we have developed an inducible suicidal murine allele of Pd-l1 (PD-L1ATTAC), which allows visualization and selective elimination of PD-L1-expressing cells in adult tissues. Our experiments confirmed the usefulness of the model, which was particularly efficient for the depletion of PDL1+ cells in the peritoneum. In this compartment, the depletion of PD-L1+ cells increases susceptibility to LPS-induced septic shock, proving an intensified immune response in these animals. Interestingly, single-cell RNA sequencing analyses indicate that the depletion of PD-L1-expressing cells in the peritoneum reduces the percentage of B cells and macrophages, mainly immunosuppressive, while increasing the abundance and activity of cytotoxic cells. Once this was confirmed, we evaluated whether the elimination of PD-L1+ cells could similarly increase the antitumor response. To address the impact of our strategy as a potential immunotherapy in the context of cancer, we used a model of peritoneal carcinomatosis based on MC-38 colon cancer cells. Consistent with our original hypothesis, depletion of PD-L1+ cells increases the survival of mice harboring intraperitoneal allografts of colon cancer cells. Together, these results illustrate the usefulness of PD-L1ATTAC mice for studies on immunotherapy and provide initial evidences that support the potential of selectively killing PD-L1-expressing cells in cancer therapy

La inmunoterapia dirigida contra el eje PD-1/PD-L1 ha conseguido respuestas muy satisfactorias en la clínica para el tratamiento de ciertos tumores de muy mal pronóstico, como el melanoma metastásico. Desafortunadamente, y por razones desconocidas, no todos los pacientes responden a este tipo de tratamiento. Un potencial problema es que las células de fenotipo inmunosupresor como las que expresan PD-L1 pueden limitar la intensidad de la respuesta inmune a través de otros puntos de control inmunológicos o múltiples mecanismos adicionales. Es por ello que nuestra hipótesis de trabajo es evaluar si la eliminación de estas células podría ser más eficaz en la terapia contra el cáncer que la simple inhibición de la interacción entre PD-1 y PD-L1. Para demostrar esta hipótesis, hemos desarrollado un modelo de ratón inducible suicida de Pd-l1, denominado PD-L1ATTAC, que permite la visualización y la eliminación selectiva de células que expresan PD-L1 en tejidos adultos. Nuestros resultados confirman la utilidad del modelo, siendo particularmente eficiente en el peritoneo. En este tejido, la eliminación de las células que expresan PD-L1 provoca una mayor sensibilidad al shock séptico inducido por la endotoxina bacteriana LPS, demostrando así que la intensidad de la respuesta inmune está incrementada en estos animales. A nivel de mecanismo, experimentos de secuenciación de ARN de célula única revelaron que la eliminación de células PD-L1+ en el peritoneo reduce el porcentaje de linfocitos B y macrófagos, mayormente inmunosupresores, y simultáneamente aumenta la abundancia y la actividad de las células citotóxicas presentes. Una vez confirmado este hecho, evaluamos si, de una manera similar, la eliminación de células PD-L1+ podría aumentar la respuesta antitumoral. Así, y para abordar el impacto de nuestra estrategia como inmunoterapia antitumoral, utilizamos un modelo de carcinomatosis peritoneal basado en la línea celular de cáncer de colon MC-38. En línea con nuestra hipótesis original, la depleción de las células PD-L1+ aumenta la supervivencia de ratones con aloinjertos intraperitoneales de células tumorales. En conclusión, nuestros resultados ilustran la utilidad del modelo PD-L1ATTAC para estudios preclínicos en inmunoterapia y aportan evidencias iniciales del potencial de eliminar selectivamente las células que expresan PD-L1 como terapia antitumoral