ITEM: Dissecting phenotypic heterogeneity of human melanoma: building a rationale for active immunotherapies

Kreftsvulster er ofte sammensatt av ulike celletyper. Denne tumorheterogeniteten ses ofte i malingt melanom. Det viser seg at slik heterogenitet er en viktig årsak til at hudkreft-svulster utvikler resistens mot immunterapi. Mange pasienter får en "blandet respons" mot immunterapi. Dagens immunterapi induserer i mange tilfeller responser mot vanlige tumor antigener, men "ser" ikke kreft-stamceller Dette fører til at pasientene får tilbakefall. Målet med dette prosjektet var å identifisere nye angrepspunkter for immunterapi, samt å forsøke å finne biomarkører som kan forutsi effekt. Vi har analysert materiale fra ca 90 hudkreftpasienter som har fått immunterapi. Biopsier er blitt analysert med hensyn til genuttrykk og proteiner i tumor, både i enkeltceller og i histologiske snitt. Vi har også analysert data fra databaser. Vi har undersøkt om spesielle proteiner i disse cellene er egnede angrepspunkter for immunterapi. Hva angår biomarkører, har vi fokusert på om spesielle immun-gen-profiler i tumor kan forutsi hvilke pasienter som har effekt av behandlingen. Resultatene viser at pasientene har svært ulike immunprofiler i tumor. Vi har klassifisert pasientene i undergrupper, definert ut fra sin immunprofil, og også satt sammen en score basert på utvalgte immungener. Basert på disse resultatene, har vi igangsatt videre studier for se om profilene kan brukes til å forutsi klinisk respons. Hvis studiene leder frem til biomarkører, kan det åpne for forbedret og persontilpasset behandling. Vi har identifisert mulige nye antigener (angrepspunkter) for immunterapi, uttrykt i melanomcellegrupper, som kan gjøre det mulig å overvinne kreftceller som unnslipper dagens behandling. Videre studier er nødvendig for å validere disse angrepspunktene og avklare om de vil ha klinisk nytteverdi. Prosjektet er et samarbeid mellom forskningsgrupper i Italia, Frankrike, Nederland og Norge.

Prosjektet har gitt informasjon om nye aktuelle angrepspunkter for immunterapi, noe som særlig kan være viktig for pasienter som ikke responderer på dagens behandling. Videre har prosjketet gitt ny informasjon om immun-genprofil i melanomsvulster og deres relasjon til klinisk effekt av immunterapi. Denne informasjonen kan benyttes til utvikling av biomarkører, som kan forutsi sjanse for effekt og bivirkniger av immunterapi, og dermed benyttes til persontilpasset behandling. Vi har også sammenlignet immun-gen-profil i ulike svulster fra samme pasient, noe som er viktig for å bestemme om pasientene må utsettes for ny biopsitaking, eller om gamle biopsier kan brukes til valg av behandling.

Inter- and intralesional tumor heterogeneity is commonly seen in metastatic melanoma, likely playing a major role in resistance to therapy, immunotherapy included. In fact, during immunotherapy, many patients experience "mixed response", with some tumor lesions regressing and other ones progressing. Whereas vaccines targeting a few antigens can "passively" select for antigen-negative tumor cells, it is not fully elucidated why even broader spectrum immunotherapies (whole tumor vaccines or immunomodulating antibodies) fail in clearing the tumor in most cases. Both lack of effectiveness and late tumor relapse after immunotherapy might be due to the presence, in the tumor bulk, of tumor cells with stemness properties and a phenotype different from their differentiated counterpart. These variants are less represented in most melanoma patients and less immunogenic, being hardly targeted by specific immunity. Moreover, it has been recently shown that tumor-specific cytotoxic T lymphocytes (CTL) induce dedifferentiation of melanoma cells, lending further support to this hypothesis. Current immunotherapies induce, in most patients, immune response against the more common and immunogenic differentiated tumor cell variants, not being likely able to "see" antigens expressed by "stem cell-like" ones. Moreover, DC vaccines loaded with tumor lysate elicit immunity against the pretherapy tumor tissue, not taking into account dynamic changes induced by the treatment itself on tumor cells. This research project aims to identify, by RNA sequencing of biopsies and single melanoma cells, genes expressed by distinct melanoma and stromal/immune cell subpopulations and to validate their encoded proteins as antigenic targets. The identification of these targets and biomarkers will ultimately allow designing new and more effective immunotherapeutic approaches that, by concurrently targeting the different melanoma cell variants, will reduce both primary resistance to therapy and late relapse after initial response.