Optimisation of HIV-1 enveloped Virus Like Particles as a personalised vaccine platform for the delivery of cancer neoantigens

Abstract

Cancer immunotherapies (CIT) stand as novel and promising strategies for the treatment of cancer. Their aim is to enhance the individual’s own immune system to recognise and eliminate cancer cells reducing side effects, with the ultimate goal of providing long-term tumour control. Among immunotherapy possible targets, neoantigens have arisen as suitable candidates as they are mostly patient- and tumour-specific. The possibility of identifying neoantigens has fostered the development of personalised vaccines with promising results. The prediction and prioritisation of immunogenic neoantigens is currently addressed mostly using in silico bioinformatic tools, but their formulation as vaccines needs to be improved. To maximize their therapeutic potential, optimal neoantigens-based vaccines should be manufactured in a superb delivery platform that enhances robust immune responses with potent antitumoral activity. Here, we developed a highly immunogenic vaccine platform based on engineered HIV-derived Virus-Like Particles (VLPs) expressing a high density of selected neoantigens (neoVLPs). Predicted immunogenic peptides were presented as a concatenated long polypeptide spaced by specific designed sequences investigated to promote and enhance antigen processing and presentation. Then, polypeptides were either fused to the N-terminal or the C-terminal of the structural Gag protein. After self-assembling into VLPs, the peptides were exposed on the particle surface or at the particle core, respectively. After successfully generating and purifying neoVLPs, their integrity and VLP morphology were confirmed by western blot and cryo-EM. The immunogenicity of selected vaccine candidates was evaluated in a mouse model (C57BL/6) and neoantigen-specific T-cell responses were detected by ELISpot. In total, 7 out of 44 neoantigens were able to elicit strong de novo CD8+ T-cell responses upon two vaccination doses. In addition, animals vaccinated with one of the selected candidates and challenged with the B16-F10 tumour showed delayed tumour growth compared to the control group, and an increased survival. Taken together, our data show that neoVLPs promote the generation of new antitumor-specific immune responses against selected neoepitopes, suggesting that neoVLPs vaccination could be an alternative to current therapeutic vaccine approaches and a promising candidate for future personalised immunotherapy.

Les immunoteràpies contra el càncer (CIT) s’han establert com estratègies prometedores en el tractament d’aquesta malaltia. El seu objectiu és estimular el sistema immunitari de l'individu per reconèixer i eliminar les cèl·lules canceroses reduint els possibles efectes secundaris, amb l'objectiu de proporcionar un control tumoral a llarg termini. Entre les possibles dianes de les immunoteràpies, els neoantígens han sorgit com a candidats rellevants, ja que són majoritàriament específics de cada pacient i de cada tumor. La possibilitat d'identificar neoantígens ha fomentat el desenvolupament de vacunes personalitzades amb resultats prometedors. No obstant això, mentre que la predicció i priorització dels neoantígens més immunògens es pot abordar utilitzant eines bioinformàtiques, la seva formulació com a vacunes necessita especial atenció i optimització. Per maximitzar el seu potencial terapèutic, les vacunes basades en neoantígens haurien de ser formulades idealment fent ús d’una plataforma potent que busqui potenciar una resposta immune amb capacitat antitumoral. En aquest treball hem desenvolupat una plataforma de vacuna altament immunògena basada en partícules similvíriques (VLPs) utilitzant la proteïna estructural del VIH, Gag. Aquestes partícules estan dissenyades per expressar una alta densitat de neoantígens a la seva superfície (neoVLPs). Els pèptids immunògens seleccionats es formulen com un polipèptid, format per un concatenat de neoepítops separats l’un de l’altre per seqüències específiques dissenyades per promoure i millorar el processament i la presentació d'antígens. Els polipèptids optimitzats estan fusionats a l’extrem N-terminal o C-terminal de la proteïna Gag que, un cop oligomeritzada, formarà VLPs exposant els pèptids a l'exterior; o a l’interior de la partícula, respectivament. Després de generar i purificar amb èxit els diferents candidats de vacunes de neoVLPs, la integritat de les proteïnes i la seva morfologia van ser confirmades per western blot i cryo-EM. La immunogenicitat dels candidats seleccionats va ser avaluada en un model de ratolí (C57BL/6) i les respostes de cèl·lules T específiques de neoantigen van ser detectades per ELISpot. En total, 7 dels 44 neoantígens inclosos a les VLPs van generar una resposta de cèl·lules T després de dues dosis de vacunació. A més, els animals vacunats amb un dels candidats seleccionats i inoculats amb cèl·lules del model tumoral B16-F10 van ser capaços de retardar la progressió del tumor comparat amb el grup control, i van demostrar una major supervivència. En resum, els nostres resultats demostren que les neoVLPs promouen la generació de noves respostes immunes antitumorals específiques contra els neoepítops seleccionats, suggerint que la vacunació amb neoVLPs podria ser una alternativa a les estratègies actuals de vacunes terapèutiques en el camp de les immunoteràpies personalitzades.