Universität zu Köln

Schmidt, Patrick (2008). T-Zellen mit rekombinanten Immunrezeptoren lysieren autologe Tumorzellen und eliminieren Tumore durch gezielte Eradikation von Tumorstammzellen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Die adoptive Immuntherapie maligner Tumore beruht darauf, T-Zellen durch retrovirale Expression eines rekombinanten Rezeptors (Immunrezeptor) Spezifität für ein Tumor-assoziiertes Antigen (TAA) zu verleihen und diese modifizierten T-Zellen zu aktivieren. Das Konzept basiert auf der Annahme, dass T-Zellen von Tumorpatienten spezifisch aktiviert werden können, obwohl ein progredienter Verlauf der Krankheit mit zunehmender Anergie der T-Lymphozyten assoziiert ist. Die Umsetzbarkeit der Hypothese wurde im Rahmen dieser Arbeit anhand der chronisch lymphatischen Leukämie (CLL), einer bislang nicht heilbaren Form der hämatologischen Neoplasie mit hohen Rezidivraten, untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Anergie zytolytischer T-Zellen aus CLL-Patienten durch die Expression eines Immunrezeptors, der gegen CD19 auf CLL Zellen gerichtet ist, überwunden werden kann und diese T-Zellen durch ein CD3zeta Signal aktiviert werden können. Die Zytolyse wird, unabhängig von Fas oder TNF-alpha, durch Granzym/Perforin ausgelöst. Die spezifische T-Zell Aktivierung, aber nicht die zytolytische Kapazität, wird durch einen kombinierten CD28-CD3zeta kostimulatorischen Immunrezeptor erhöht. Die erhaltenen Resultate zeigen, dass naive T-Zellen sogar aus Patienten in fortgeschrittenen Stadien der Krankheit zu einer effizienten "Graft-versus-Leukemia" Reaktion modifiziert werden können. Diese und nahezu alle anderen Strategien der Tumortherapie beruhen auf der Annahme, dass alle Tumorzellen dieselben malignen Eigenschaften besitzen. Im Gegensatz dazu postuliert die Tumorstammzellhypothese, dass das Tumorwachstum von einer kleinen Population pluripotenter Zellen gesteuert wird. Diese Tumorstammzellen besitzen die Fähigkeit der Selbsterneuerung, der Differenzierung durch asymmetrische Teilung und der Möglichkeit zu metastasieren. Am Modell des malignen Melanoms wurde in dieser Arbeit eine kleine Subpopulation von Zellen identifiziert, die die Eigenschaften einer Tumorstammzellfraktion aufweist. Die selektive Eliminierung dieser Zellen durch modifizierte T-Lymphozyten führte in vivo zu einer Eradikation des induzierten Tumors, obwohl die Population der Zellen nur 0,1% der gesamten Melanomzellen beinhaltet. Nach der Zerstörung der Tumorstammzellen wird in der Masse der Tumorzellen die Apoptose durch noch nicht näher definierte Mechanismen ausgelöst. Unsere Daten liefern einen Hinweis für die Anwendbarkeit der adoptiven Immuntherapie gegen Tumorstammzellen und regen dazu an, bisherige Behandlungsschemata zu überdenken.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Adoptive immunotherapy of cancer by redirected T cells makes use of retroviral expression of recombinant T cell receptors (immunoreceptors) which bind to "tumor associated antigens" and activate engineered T cells. The concept is based on the assumption that T cells of the cancer patient can be specifically activated whereas progression of the disease is frequently associated with increasing anergy of the T cell compartment. We here challenged the hypothesis using B-cell chronic lymphocytic leukemia (B-CLL) as model, a disease which still is incurable and is associated with high risk of relapse. We here demonstrate that anergy of naive cytolytic T cells from B-CLL patients can be overcome by expression of an antibody-derived immunoreceptor which targets CD19 on CLL cells and activates T cells by CD3zeta signaling. Tumor cell lysis is executed by granzyme/perforin independently of Fas or TNF-alpha. Specific T cell activation, but not the cytolytic capacity, is increased by CD28 costimulation provided by a combined CD28-CD3zeta signaling immunoreceptor. Data demonstrate that naive T cells from patients even in advanced stages of the disease can be induced to break tumor tolerance and to eliminate autologous B-CLL cells. These and nearly all other current strategies in cancer therapy, however, operate under the assumption that all cancer cells have equal malignant capacities. The "cancer stem cell" (CSC) hypothesis is presently the appealing paradigm to explain tumor growth driven by a minority of cells, the CSC pool, which has acquired self-renewing capacities, differentiation into phenotypically heterogeneous, although aberrant, progeny cells, and the ability to form metastases. Using melanoma as a model we here identified a small subpopulation of melanoma originating cells which fullfil the criteria of selfrenewal and induction of heterogenous melanomas upon serial transplantation. Targeted selective elimination of these cells from the tumor cell pool by redirected cytolytic T cells eradicates established melanoma lesions in vivo although these cells constitute less than 0.1% of melanoma cells. Upon CSC elimination, the mass of tumor cells subsequently enters apoptosis by a so far not identified mechanism. While these findings establish that targeted elimination of the small number of CSCs eradicates cancer, they moreover suggest to re-examine current therapeutic strategies and drug development paradigms in the treatment of cancer. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Schmidt, Patrick patrick.schmidt@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-25377
Date:	2008
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Tumorstammzellen , Tumortherapie , Immunrezeptor , Melanom , T-Zelle German cancer stem cell , melanoma , immunoreceptor , T-body , tumor therapy English
Date of oral exam:	14 October 2008
Referee:	Name Academic Title Howard, Jonathan Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2537