Arbeitsgruppe Zelluläre Tumorimmuntherapie

Arbeitsgruppe Zelluläre Tumorimmuntherapie
PD Dr. med. Claudia Rössig
Dr. rer. nat. Silke Landmeier, Biologin
Dr. rer. nat. Bianca Altvater, Biologin
MSc. Sareetha Kailayangiri, Doktorandin
Sibylle Pscherer, MTA
Jutta Meltzer, MTA
Nicole Farwick, MTA
Ilka Neumann, MTA
Andrea Lücke, MTA
Dr. med. Christiane Chen, Ärztin
Dr. med. Martina Ahlmann, Ärztin
Adoptive zelluläre Immuntherapien maligner Tumoren stellen eine vielversprechende
Ergänzung zu etablierten Behandlungskonzepten dar. Eine Variante dieser Zelltherapien ist
die Gabe autologer T-Lymphozyten, die durch genetische Modifikation mit tumorspezifischen
chimären T-Zell-Rezeptoren ausgestattet sind (Abb. 1). Zytotoxische T-Lymphozyten können
durch genetisches Engineering mit einer Spezifität für Tumorantigene versehen werden.
Dazu werden die Antigenerkennungsdomänen eines tumorspezifischen Antikörpers mit der
signaltransduzierenden ζ-Untereinheit des T-Zell-Rezeptors verbunden. Die rekombinanten
chimären Rezeptoren werden dann per retroviralem Gentransfer in humanen T-Lymphozyten
zur Expression gebracht. Da die Antigenspezifität dieser Zellen durch die
Erkennungsdomäne eines monoklonalen Antikörpers definiert ist, erfolgt die Interaktion mit
der Tumorzelle unabhängig von Mechanismen der Antigenpräsentation. Immunresistenz von
Tumoren wird auf diese Weise primär umgangen.
Die Projekte unserer Arbeitsgruppe konzentrieren sich darauf, neue Tumorantigene zu
identifizieren, die Therapie mit chimären T-Zell-Rezeptoren zu optimieren und in klinische
Anwendungen zu übersetzen, und geeignete Effektorzellen für eine adoptive Immuntherapie
zu identifizieren.
1) Zelluläre Immuntherapie akuter lymphoblastischer Leukämien mit CD19spezifischen chimären T-Zellen
Lymphoblastische Leukämien (B-Vorläufer-ALL) im Kindesalter sind aufgrund ihrer
Abstammung von unreifen B-Zellen durch hohe Expression von CD19 gekennzeichnet. Die
fehlende Expression von CD19 auf normalen hämatopoietischen Stammzellen erlaubt eine
gezielte Erkennung leukämischer Blasten. In einem aktuellen Projekt werden zytotoxische TLymphozyten durch genetisches Engineering mit Spezifität für CD19 versehen. Dazu werden
die Antigenerkennungsdomänen eines CD19-spezifischen Antikörpers mit der
signaltransduzierenden ζ-Untereinheit des T-Zell-Rezeptors verbunden und in humanen TLymphozyten zur Expression gebracht. Die genetisch modifizierten T-Zellen sind spezifisch
aktivierbar durch Interaktion mit CD19-exprimierenden Leukämiezellen und zeigen eine
effektive funktionelle Immunantwort.
Von entscheidender Bedeutung für die klinische Etablierung einer CD19-spezifischen
Immuntherapie ist die Frage, ob der leukämische Klon in vivo mit zytotoxischen T-Zellen
vollständig eliminiert werden kann. Wir untersuchen daher zur Zeit in Kooperation mit
Professor Josef Vormoor, Newcastle, UK, die Effektivität CD19-spezifischer zellulärer
Immuntherapie gegenüber humanen B-Vorläufer-ALL-Zellen in einem Mausmodell.
2) Zelluläre Immuntherapie solider Tumoren des Kindesalters
Die Heilungsraten fortgeschrittener solider Tumoren des Kindesalters, wie Neuroblastome,
Rhabdomyosarkome und Ewing-Sarkome, konnten trotz Optimierung vorhandener
Therapieverfahren in den vergangenen Jahren nicht ausreichend verbessert werden.
Immunologische Verfahren stellen alternative Ansätze dar, Kontrolle über diese
1
Erkrankungen zu erreichen. Bisher konnten für solide maligne Tumoren des Kindesalters nur
wenige potenziell geeignete Zielstrukturen identifiziert werden. Eine Ausnahme stellt das
Neuroblastom dar, das aufgrund seines neuroektodermalen Ursprungs durch eine hohe
Oberflächenexpression des Gangliosids GD2 gekennzeichnet ist. GD2-spezifische chimäre
Rezeptoren wurden bereits erfolgreich dazu verwendet, humane T-Zellen mit funktioneller
Spezifität für Neuroblastomzellen auszustatten.
In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Alexander Marx in Heidelberg wurden die
antigenbindenden
Anteile
eines
Antikörpers
für
das
Immuntargeting
von
Rhabdomyosarkomen
verwendet.
Dieser
Antikörper
erkennt
den
fetalen
Acetylcholinrezeptor, der neben Rhabdomyosarkomen ausschließlich auf fetalem und
regenerierendem Muskelgewebe exprimiert wird. Acetylcholinrezeptor-spezifische chimäre
Rezeptoren konnten kloniert und durch Gentransfer auf humane T-Zellen übertragen
werden. Die genetisch modifizierten Zellen haben sich als geeignete Effektoren einer
spezifischen Tumorzelllyse in vitro erwiesen. Zur Zeit arbeiten wir an einer Ausweitung der
Strategie auf weitere Tumorentitäten. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Frau
Priv.-Doz. Dr. Uta Dirksen steht der Ewing-spezifische Antikörper ETAA16 zur Verfügung,
dessen antigenbindende Domäne für die Generierung eines ETAA16-spezifischen chimären
Rezeptors verwendet werden kann.
3) Zelluläre Immuntherapie mit virus-spezifischen T-Zellen
Als Haupthindernis für die klinische Wirksamkeit zellulärer Therapieverfahren hat sich die
begrenzte Persistenz der Zellen im Körper des Patienten erwiesen. Ein Lösungsansatz
unserer Arbeitsgruppe für dieses Problem beruht auf der Verwendung doppelt-spezifischer
T-Zellen mit natürlicher Spezifität für ein starkes, latent persistierendes virales Antigen, z.B.
Epstein-Barr Virus (EBV) oder Varizella-Zoster-Virus. So erfährt z.B. eine EBV-spezifische TZelle durch Begegnungen mit EBV-infizierten Zellen immer wieder einen starken
Aktivierungsreiz über den T-Zell-Rezeptor, der in der erneuten Expansion der T-Zelle
mündet. Ist diese T-Zelle durch genetische Modifikation mit einem tumorspezifischen
chimären Rezeptor ausgestattet, wird die Zelle in dem über das Virusantigen induzierten
Aktivierungszustand auch die Tumorzelle wieder erkennen und lysieren (Abb. 2).
4) Induktion von Antitumorimmunität durch Optimierung der Antigenpräsentation
Tumorzellen weisen zahlreiche Defizite der Antigenpräsentation auf. Deshalb werden für die
klinische Etablierung zellulärer Immuntherapien professionelle Antigen-präsentierende Zellen
(APC) benötigt, die die Expansion klinisch relevanter Mengen tumorspezifischer
zytotoxischer αβ T-Zellen erlauben. Dendritische Zellen sind die potentesten derzeit
verfügbaren APC. Ihre funktionelle Heterogenität, begrenzte Verfügbarkeit und aufwändige
Expansion stehen jedoch einem erfolgreichen therapeutischen Einsatz entgegen. Ein
wesentlicher Forschungsinhalt in der Tumorimmuntherapie ist daher die Identifizierung
alternativer Zellen mit APC-Funktion.
Obwohl γδ T-Zellen einen geringen Anteil der im Blut zirkulierenden Lymphozyten darstellen,
besitzen sie potente Effektorfunktionen gegen mikrobielle Pathogene. γδ T-Zellen erkennen
Antigene unabhängig von einer Peptidpräsentation auf MHC (Abb. 3). Mit einer
medikamentösen Wirkstoffgruppe, die bei der Behandlung knochenresorbierender
Erkrankungen eingesetzt wird, den sogenannten Bisphosphonaten, können sie gezielt
aktiviert werden. Weitere Untersuchungen weisen darüber hinaus auf antigenpräsentierende
Eigenschaften dieser Zellpopulation hin. So können aktivierte γδ T-Zellen primäre αβ T-ZellAntworten gegenüber allogenen und mikrobiellen Antigenen induzieren.
In einem aktuellen Projekt untersuchen wir, ob die immunstimulatorischen Eigenschaften
aktivierter γδ T-Zellen eine effiziente Präsentation viraler und tumorassoziierter Peptide
ermöglichen und daher für die Generierung therapeutischer αβ T-Zellen eingesetzt werden
können. Unter Verwendung von Epstein Barr-Virus-assoziierten Peptiden konnten wir
zeigen, dass γδ T-Zellen Epitop-spezifische αβ T-Zell-Antworten induzieren und
2
aufrechterhalten können. In weiteren Experimenten werden γδ T-Zellen für die Expansion
tumorspezifischer T-Zellen eingesetzt. Dabei wird das Leukämie-assoziierte Antigen PRAME
als Modellantigen verwendet. Optimalerweise sollen die antigenpräsentierenden γδ-T-Zellen
für die Entwicklung innovativer Vakzinierungsstrategien verwendet werden.
Perspektive
Aktuelle klinische Daten zelltherapeutischer Studien weisen in die Richtung, dass nicht ein
Einzelansatz zum Erfolg führen wird, sondern die Kombination mehrerer
immuntherapeutischer Strategien miteinander und mit etablierten oder modernen Verfahren
(beispielhaft dargestellt in Abb. 4). Ein wesentlicher Beitrag einer Zelltherapie zur
Remissionserhaltung kann nur dann erwartet werden, wenn die Tumorlast zuvor durch eine
konventionelle Chemotherapie und/oder Lokaltherapie auf das Niveau minimaler
Resterkrankung reduziert worden ist. Darüber hinaus muss in das immunsupprimierende
Milieu eingegriffen werden, das maßgeblich durch regulatorische T-Zellen mitverursacht
wird. Angestrebt wird eine langfristige Immunkontrolle über den bösartigen Zellklon, die
gegebenenfalls durch Verabreichung einer Tumorvakzine analog zu den Auffrischimpfungen
bei Infektionserkrankungen wieder gezielt verstärkt werden kann. Ein wichtiger
Gesichtspunkt ist, inwieweit neue molekulare Therapieverfahren, die in tumorspezifische
Signaltransduktionswege eingreifen, sinnvoll mit immunologischen Therapieansätzen
kombiniert werden können.
Aktuell planen wir eine erste klinische Umsetzung der CD19-spezifischen Immuntherapie bei
Hochrisikoformen der akuten lymphoblastischen Leukämie. Im Rahmen einer klinischen
Phase I Studie wird die Anwendbarkeit der modifizierten T-Zellen zur Behandlung von
minimaler Resterkrankung im Anschluss an eine Stammzelltransplantation untersucht
werden. Mit dem Ziel, durch immunvermittelte Eliminierung verbleibender CD19-positiver
leukämischer Blasten langfristige Kontrolle über die Erkrankung zu erreichen, werden TLymphozyten des Knochenmarkspenders mit den chimären Rezeptorgenen ausgestattet und
dem Patienten zurückgegeben. Die Studie wird als europäisches Netzwerkprojekt im
Rahmen der Initiative „Chimaeric T cells for the treatment of Paediatric Cancers CHILDHOPE“ (http://www.childhope.eu/contents.php) unter Beteiligung von Zentren in
Frankreich, Italien und Großbritannien durchgeführt werden.
3
Abbildungen (auch separat als jpeg files!)
Abb. 1. Während die Antigenerkennung über Peptid/MHC-spezifische T-Zellen auf effiziente
Antigenpräsentation angewiesen ist, erkennen T-Zellen über chimäre Rezeptoren
Oberflächenantigene unabhängig von MHC.
Tumorzelle
B7
MHC
CD8+
CTL
Tumorantigen
Chimärer
T-Zell-Rezeptor
CD28
CD8
Signal
Signal
Abb. 2. Doppelt-spezifische T-Zellen erhalten virusspezifische Reaktivierungssignale über
ihren natürlichen T-Zell-Rezeptor und erkennen die Tumorzelle über den rekombinanten TZell-Rezeptor.
EBV-infizierte
Zelle
B7
Tumorzelle
T-Zelle
4
Abb. 3. γδ T-Zellen erkennen Antigene unabhängig vom Major Histokompatibilitätskomplex
(MHC) und üben nach Aktivierung potente Effektorfunktionen aus.
Vγ2Vδ2
T-Zell-Rezeptor
Antigen
γδ
T-Zelle
Abb. 4. Integration immuntherapeutischer Strategien in ein multimodales
Behandlungskonzept.
Chemotherapie
Tumor-Vakzine
Stammzelltransplantation
Zytokine
Depletion
Treg Zellen
Adoptiver
T-Zell-Transfer
5
Publikationen (seit 2004)
B. Altvater, S. Landmeier, S. Pscherer, J. Temme, K. Schweer, S. Kailayangiri, D. Campana,
H. Juergens, M. Pule, C. Rossig. 2B4 (CD244) signaling by recombinant antigen-specific
chimeric receptors costimulates natural killer cell activation to leukemia and neuroblastoma
cells. Clinical Cancer Research, accepted for publication (2009)
B. Altvater, S. Landmeier, S. Pscherer, J. Temme, H. Juergens, M. Pule, C. Rossig. 2B4
(CD244) signaling via chimeric receptors costimulates tumor-antigen specific proliferation
and in vitro expansion of human T cells. Cancer Immunol Immunother 2009, in press
P. Brinkrolf, S. Landmeier, B. Altvater, C. Chen, S. Pscherer, A. Rosemann, A. Ranft, U.
Dirksen, H. Juergens, C. Rossig. A high proportion of bone marrow T cells with regulatory
phenotype (CD4+CD25hiFoxP3+) in Ewing sarcoma patients is associated with metastatic
disease. Int J Cancer, accepted for publication (2009)
S. Landmeier, B. Altvater, S. Pscherer, H. Juergens, L. Varnholt, A. Hansmeier, C. M.
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specific CD8+ T cell responses to subdominant Epstein Barr virus (EBV) epitopes: Potential
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mediators of chimeric-receptor redirected antitumor immunity. Br J Haematol 126:583-529,
2004
6
Aktuelle Projektförderung:
European Commission
Sixth Framework Programme (FP6)
http://ec.europa.eu/research/fp6/index_en.cfm
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Innovative Medizinische Forschung (IMF)
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Fax. +49 (0)251-83-55004
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