Identificación de biomarcadores predictivos de respuesta a inmunoterapia con inhibidores de puntos de control en pacientes con melanoma a través de métodos computacionales de alto...

• Autores: Boffelli, Lucía
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Maccioni, Mariana; Prucca, César Germán; Racca, Ana Cristina; Núñez, Nicolás Gonzalo; Salatino, Mariana
• Materia: Inmunología; Marcadores biológicos de tumor; Inmunoterapia; Melanoma; Carcinógenos; Química clínica; Bioquímica; Simulación por computador
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2025
Fil: Boffelli, Lucía. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Contar con biomarcadores capaces de predecir la respuesta de un paciente a una determinada terapia, ya sea de manera previa al tratamiento o en etapa temprana del mismo, resulta clave para la toma de decisiones clínicas. La identificación de estos biomarcadores permitiría ajustar las estrategias terapéuticas de forma personalizada, maximizando la efectividad del tratamiento y minimizando los riesgos asociados. Esta tesis se centra en la identificación y evaluación de biomarcadores celulares y proteicos con potencialidad para predecir la respuesta a la terapia y la sobrevida en pacientes con melanoma tratados con bloqueantes de puntos de control inmunológicos (ICB). Utilizando los datos publicados por Núñez et al., 2023 de una cohorte de 93 pacientes con melanoma, analizamos las diferencias de poblaciones celulares inmunes circulantes determinadas por citometría de masa y de proteínas en suero medidas por la plataforma Olink, en muestras pre-tratamiento (PRE-ICB) y post-tratamiento (POST-ICB), y de los cambios que se dan entre estos dos puntos del tratamiento (FC-ICB), entre pacientes respondedores (R) y no respondedores (NR) a ICB. Previo al inicio del tratamiento, se observaron niveles elevados de las proteínas séricas TRANCE, IL1α y ciertas poblaciones de células inmunes, como linfocitos B IgD+CD38+, linfocitos B CCR7hi y células NK CD56+CD16+, en pacientes R; mientras que en pacientes NR se detectaron niveles más altos de 4EBP1, CCL4 y CCL3, entre otras proteínas. Mediante curvas ROC y análisis de Kaplan-Meier, se establecieron criterios para definir buenos biomarcadores de respuesta y sobrevida. Se identificaron firmas proteicas, celulares e inmunológicas (combinando proteína- célula) como predictores prometedores (tanto de respuesta como de sobrevida), entre las cuales se destacaron: la firma proteica 4EBP1-CCL4, la firma celular compuesta por células NK CD56+CD16+ y linfocitos B CCR7hi, y las firmas inmunológicas que incluyeron 4EBP1, CCL4 o CCL3 junto con células NK CD56+CD16+. Dos semanas después de iniciar el tratamiento, los pacientes R continúan presentando aumentos de TRANCE e IL1α, con la adición de un aumento en los niveles de CD6, así como en poblaciones de células inmunes activadas que ya se observaban pre-ICB, como linfocitos B IgD+CD38+ y células NK CD56+CD16+, con el agregado de un aumento en la frecuencia de células NK Ki67+. Mientras tanto, los pacientes NR continuaron mostrando niveles elevados de la quimiocina CCL4, al que se suma un aumento en los niveles de la proteína GDNF en sangre. Se identificaron firmas post-ICB asociadas a mejor pronóstico, principalmente aquellas que combinan TRANCE-CCL4 o la frecuencia de linfocitos B IgD+CD38+ con la frecuencia de células NK CD56+CD16+ o Ki67+. En cuanto al estudio de los cambios que se producen luego de dos semanas de tratamiento con relación a los niveles basales de proteínas o células inmunes en sangre, encontramos que los pacientes R muestran un mayor incremento en los niveles de CCL4, CD244, MCP3 e IL8 y también en la frecuencia de las poblaciones de linfocitos T CD8 CD38+Ki67+ y de linfocitos T CD4 CD38+Ki67+. Las firmas compuestas por la frecuencia de linfocitos T CD8 CD38+Ki67+ con CCL4, CD244 o MCP3 surgieron como posibles firmas pronósticas de sobrevida y respuesta. Con el objetivo de explicar a qué podrían deberse las diferencias observadas en sangre de pacientes R y NR en los distintos tiempos estudiados, se utilizaron datos del transcriptoma tumoral de pacientes con melanoma tratados con ICB para indagar si los tumores de estos pacientes podrían ser los responsables de dichas diferencias. Encontramos que el microambiente tumoral (TME) de pacientes NR exhibe mayor expresión de transcriptos de biomarcadores como 4EBP1, CCL4 y CCL3, especialmente en células tumorales, macrófagos y linfocitos T CD8 infiltrantes. Esto sugiere que el TME podría estar contribuyendo a los niveles circulantes de estas proteínas. Finalmente, se evaluó la factibilidad clínica de cuantificar estos biomarcadores mediante la técnica de ELISA, confirmando tendencias similares, aunque limitadas por la sensibilidad de esta técnica. Si bien los hallazgos de esta tesis destacan el potencial de las combinaciones de biomarcadores proteicos, celulares e inmunológicos para guiar decisiones terapéuticas y optimizar el tratamiento con ICB en melanoma, será necesaria una validación adicional en nuevas cohortes de pacientes para confirmar su aplicabilidad clínica. Integrar la gran cantidad de datos disponibles obtenidos mediante múltiples técnicas, como la citometría de masa, la cuantificación de proteínas circulantes y el transcriptoma tumoral, resulta fundamental para capturar la complejidad de la respuesta inmune antitumoral y llegar a desentrañar los mecanismos subyacentes al desarrollo de la respuesta al tratamiento con ICB.
Having biomarkers capable of predicting a patient’s response to a given therapy, either prior to or early during treatment, is key for clinical decision-making. Identifying these biomarkers could enable the customization of therapeutic strategies, maximizing treatment efficiency and minimizing associated risks. This thesis focuses on the identification and evaluation of cellular and protein biomarkers that could predict response and survival in melanoma patients treated with immune checkpoint blockers (ICB). Using data published by Núñez et al., 2023, from a cohort of 93 melanoma patients, we analyzed differences in circulating immune cell populations determined by mass cytometry and serum proteins measured by the Olink platform in pre-treatment (PRE-ICB) and post-treatment (POST-ICB) samples, as well as fold-change (FC-ICB) differences, comparing responders (R) and non-responders (NR) to ICB. Before starting treatment, higher levels of serum proteins TRANCE, IL1α, and certain immune cell populations, such as IgD+CD38+ B cells, CCR7hi B cells, and CD56+CD16+ NK cells, were observed in R patients. In contrast, NR patients exhibited higher levels of 4EBP1, CCL4, and CCL3, among other proteins. ROC curves and Kaplan-Meier analysis were used to establish criteria for defining effective biomarkers of response and survival. Promising protein, cellular, and immunological (protein-cell combined) signatures were identified as predictors, with highlights including the 4EBP1-CCL4 protein signature, the CD56+CD16+ NK cell and CCR7hi B cell cellular signature, and immunological signatures combining 4EBP1, CCL4, or CCL3 with CD56+CD16+ NK cells. Two weeks after initiating treatment, R patients continued to exhibit increases in TRANCE and IL1α, along with an increase in CD6 levels and activated immune cell populations already observed pre-ICB, such as IgD+CD38+ B cells and CD56+CD16+ NK cells. Additionally, there was an increased frequency of Ki67+ NK cells. Meanwhile, NR patients maintained elevated levels of the chemokine CCL4 and showed an increase in circulating GDNF levels. Post-ICB signatures associated with better prognosis were identified, including combinations such as TRANCE-CCL4 or the frequency of IgD+CD38+ B cells with CD56+CD16+ or Ki67+ NK cells. Regarding the changes observed two weeks into treatment relative to baseline protein or immune cell levels, R patients showed a greater increase in CCL4, CD244, MCP3, and IL8 levels, as well as in the frequency of CD8+CD38+Ki67+ and CD4+CD38+Ki67+ T cells. Signatures combining the frequency of CD8+CD38+Ki67+ T cells with CCL4, CD244, or MCP3 emerged as potential prognostic markers of survival and response. To investigate the potential origins of the differences observed in R and NR patients across the studied time points, we analyzed tumor transcriptomic data from melanoma patients treated with ICB. We found that the tumor microenvironment (TME) of NR patients exhibited higher expression of transcripts for biomarkers such as 4EBP1, CCL4, and CCL3, particularly in tumor cells and infiltrating macrophages and CD8 T cells. This suggests that the TME may contribute to circulating levels of these proteins. Finally, the clinical feasibility of measuring these biomarkers was evaluated using ELISA, confirming similar trends but limited by the sensitivity of this technique. While the findings of this thesis underscore the potential of combining protein, cell and immunological biomarkers to guide therapeutic decisions and optimize ICB treatment in melanoma, additional validation in new patient cohorts is needed to confirm their clinical applicability. Integrating the extensive data obtained through multiple techniques, such as mass cytometry, circulating protein quantification, and tumor transcriptomics, is critical to capturing the complexity of the antitumor immune response and unraveling the mechanisms underlying the development of response to ICB therapy.
2027-03-31
Fil: Boffelli, Lucía. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.