Interferon αβ-receptor subunit 1 (IFNAR1) stabilization in the liver metastatic microenvironment

Le metastasi epatiche da cancro del colon-retto (CRC) sono la seconda causa di morte correlata al cancro in tutto il mondo. Gli IFN di tipo I contribuiscono all'immunità antitumorale stimolando le cellule dendritiche a presentare antigeni alle cellule T CD8+ citotossiche (CTL) e fornendo un "terzo segnale" per stimolare l'espansione clonale dei CTL tumore-specifici. Tuttavia, i tumori attivano meccanismi di escape immunologico che riguardano la via degli IFN di tipo I. A questo riguardo la downregolazione di IFNAR1 da parte dei componenti del microambiente tumorale di CRC riduce la vitalità e l'accumulo dei CTL all'interno dei tumori, stabilendo una nicchia immunitaria privilegiata. Meccanicisticamente, la degradazione di IFNAR1 sulla superficie cellulare segue l'ubiquitinazione da parte di una specifica ligasi E3 che si lega alla Ser526 nel topo o alla Ser535 nell’uomo di IFNAR1 fosforilato. Una variante genetica di IFNAR1 con una singola sostituzione in Ala di Ser526 o Ser535 (IFNAR1SA), rende IFNAR1 non degradabile e ripristina la vitalità dei CTL, il loro accumulo all'interno dei tumori CRC e l'efficacia delle terapie T cellulari. Al momento non è noto se questo pathway sia deregolato anche nelle metastasi epatiche da CRC e quali siano i driver cellulari e molecolari di questa deregolazione. Utilizzando modelli murini di metastasi epatiche da CRC e campioni di metastasi epatiche umane, abbiamo testato l'ipotesi che le cellule del microambiente metastatico epatico deregolino IFNAR1 e che il superamento di questo fenotipo ripristini la vitalità dei CTL, l'accumulo all'interno dei tumori CRC e efficacia delle terapie T cellulari. Per definire le caratteristiche del microambiente epatico associate alla ridotta espressione di IFNAR1 abbiamo monitorato un pannello di diversi geni associati a nicchie immunoprivilegiate in modelli di tumore CRC murino con volume crescente. Abbiamo scoperto che diversi sottotipi di IFN di tipo I sono sovraespressi nelle lesioni epatiche metastatiche e questo è associato a una espressione maggiore di geni regolati dall'interferone (IRG), geni di inibitori di checkpoint immunitari, citochine infiammatorie e geni associati al meccanismo di degradazione di IFNAR1, caratteristiche tipiche di un microambiente immunosoppressivo. Per chiarire la fonte cellulare degli interferoni di tipo I, abbiamo esaminato varie linee cellulari MSI e MSS e organoidi tumorali (MTO) di CRC murino e abbiamo scoperto che i CRC esprimono gli stessi sottotipi di IFN in vitro, mentre le cellule di adenocarcinoma duttale pancreatico (PDAC) no. Abbiamo poi sviluppato una strategia di rilascio continuo di IFN ricombinanti di tipo I con diverse affinità per IFNAR1 (IFNα1 e IFNα11) a topi con tumori intraepatici CRC e PDAC. Tuttavia, l'uso di queste molecole non ha ridotto significativamente la crescita del tumore intraepatico nei tumori CRC. Diversamente, abbiamo ottenuto dati che dimostrano che la stabilizzazione farmacologica di IFNAR1 da parte di inibitori di p38/PDK ha ridotto il carico tumorale e migliorato la sopravvivenza nei topi con metastasi epatiche da CRC. Esperimenti indipendenti utilizzando cellule T antitumorali hanno mostrato che le cellule T CD8+ con un IFNAR1 non degradabile sono in grado di ridurre significativamente il carico tumorale. Meccanicisticamente, la stabilizzazione di IFNAR1 blocca la deregolazione immunitaria associata alla crescita del tumore intraepatico, promuovendo l'infiltrazione, la persistenza e le funzioni effettrici antitumorali delle cellule T CD8+. Infine, abbiamo trovato una correlazione tra l'espressione di IRG e la sopravvivenza nei pazienti con tumori CRC, abbiamo confermato che l’espressione di IFNAR1 è ridotta nelle lesioni primarie di CRC umano e nelle corrispondenti lesioni epatiche sincrone. In conclusione, la stabilizzazione di IFNAR1 nelle metastasi epatiche da CRC rappresenta un nuovo e promettente approccio immunoterapeutico.

Liver metastases from colorectal cancer (CRC) are the second leading cause of cancer-related deaths worldwide. Therefore, new therapeutic approaches are highly needed. Type I IFNs contribute to anti-tumor immunity by stimulating specific CD8+ DCs to cross-present antigens to cytotoxic CD8+ T cells (CTLs) and by providing a "third signal" to stimulate clonal expansion of tumor-specific CTLs. However, tumors in mice and humans activate immune escape mechanisms that target the type I IFNs signaling pathway. Indeed, down-regulation of IFNAR1 by components of the CRC tumor microenvironment reduces the viability and accumulation of CTLs within CRC tumors, establishing an immune-privileged niche. Mechanistically, degradation of IFNAR1 on the cell surface follows ubiquitination by a specific E3 ligase that binds to phosphorylated Ser526 IFNAR1 in mice or Ser535 in humans. Importantly, a genetic variant of IFNAR1 with a single Ala substitution of Ser526 or Ser535 (IFNAR1SA), renders cell surface IFNAR1 undegradable and restores tumor-specific CTL viability, accumulation within CRC tumors and efficacy of adoptive T cell therapies. It is currently unknown whether this pathway is also deregulated in liver CRC metastases and what are the cellular and molecular drivers of this deregulation. Using murine models of CRC liver metastases as well as human liver CRC metastasis samples, we tested the hypothesis that cells of the hepatic CRC metastatic microenvironment deregulate IFNAR1, and that overcoming this phenotype may restore tumor-specific CTL viability, accumulation within CRC tumors, and efficacy of adoptive T cell therapies. To define the liver microenvironmental clues associated with IFNAR1 downregulation in the liver we monitored a panel of different genes associated with immune-privileged niches in murine CRC tumor models with increasing volume. We found that several type I IFN subtypes are upregulated in metastatic liver lesions and this is associated with increased numbers of interferon-regulated genes (IRGs), checkpoint inhibitors, inflammatory cytokines, and genes associated with the IFNAR1 degradation machinery, which is typical of an immunosuppressive microenvironment. To elucidate the cellular source of type I interferons, we examined various MSI and MSS CRC mouse cell lines and tumor organoids (MTO) and found that CRCs express the same type I IFN subtypes in vitro, whereas pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) cells did not. Next, we developed a continuous delivery strategy to administer recombinant type I IFN molecules with different affinities for IFNAR1 (IFNα1 and IFNα11) to mice with established intrahepatic CRC and PDAC tumors. However, the use of these molecules did not significantly reduce intrahepatic tumor growth in CRC tumors. Differently, we obtained data showing that pharmacological stabilization of IFNAR1 by p38/PDK inhibitors reduced tumor burden and improved survival in mice with CRC liver metastases. Moreover, independent experiments using anti-tumor T cells showed that CD8+ T cells with a non-degradable IFNAR1 significantly reduced tumor burden. Mechanistically, IFNAR1 stabilization reversed the immune deregulation associated with intrahepatic tumor growth by promoting infiltration, persistence, and anti-tumor effector functions of CD8+ T cells. Finally, we found a correlation between IFN signature expression and survival in patients with CRC tumors, we confirmed that IFNAR1 is downregulated in primary human CRC lesions and corresponding synchronous liver lesions in a cohort of patients undergoing combined surgery for CRC and liver metastases. In conclusion, stabilization of IFNAR1 in liver CRC metastases represents a promising new therapeutic approach to improve immunotherapies.