Universität zu Köln

Golumba-Nagy, Viktória (2019). CAR modified T cells resist TGF-b mediated repression through engineered IL-7 triggered IL-2 signaling. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Adoptive cell therapy with chimeric antigen receptor (CAR) redirected T cells induces spectacular regressions of leukemia and lymphoma, but failed so far in the treatment of solid cancer. One of the causes is the repression of T cell activity, especially T cell proliferation through TGF-b present in the tumor microenvironment. Here we show that T cells with a second generation CAR containing a CD28 signaling domain can overcome the suppression in T cell proliferation, in contrast to T cells with a 4-1BB-containing CAR. The resistance to TGF-b activity depends on the secretion of IL-2, which is induced via CD28-mediated activation of the kinase Lck. Deletion in the LCK binding motif of the CD28 domain of the CAR (CD28DLCK-z) was able to abrogate CAR-induced IL-2 secretion and the resistance of T cell proliferation in the presence of TGF-b. However, IL-2 secreted from activated CAR T cells also sustains suppressive Treg cells at the tumor site, thus impairing the anti-tumor response. To generate enhanced CAR T cells we sought to replace CD28-mediated IL-2 secretion by an alternative cytokine, which mediates an IL-2-like signal in trans for providing TGF-b resistance. In this context, expression of IL-7 in CD28DLCK-z CAR T cells mediated TGF-b resistance equivalent to IL-2. Since the IL-7 receptor is downregulated after T cell activation we further modified CD28DLCK-z CAR T cells with a hybrid cytokine receptor, which provides IL-2R b-chain signaling upon binding of co-expressed transgenic IL-7. The strategy minimizes the detrimental effects of secreted IL-2 and at the same time improves the CAR T cell activity against TGF-b+ tumors in vivo. Our data provide proof that editing the CD28 signaling capacities and establishing a CAR induced autocrine loop by synthetic biology can make CAR T cells more potent in the hostile environment of solid tumors.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die adoptive Zelltherapie mit einem chimären Antigen-Rezeptor (CAR)-modifizierten T- Zellen hat spektakuläre Regressionen von Leukämie und Lymphom induziert, ist aber bisher bei der Behandlung von soliden Tumoren gescheitert. Eine der Ursachen ist die Repression der T-Zell-Aktivität, insbesondere T-Zell-Proliferation durch TGF-b vorhanden in der Tumormikroumgebung. Hier zeigen wir, dass T-Zellen mit einem CAR der zweiten Generation, das eine CD28-Signaldomäne enthält, die Repression in dem Proliferation von T- Zellen überwinden können, im Gegensatz zu T-Zellen mit einem 4-1BB enthaltenden CAR. Diese Resistenz gegen TGF-b Aktivität hängt von der Sekretion von IL-2 ab, die durch CD28-vermittelte Aktivierung der Kinase LCK induziert wird. IL-2, das von aktivierten CAR-T-Zellen entstammen wird, unterstützt jedoch auch suppressive Treg-Zellen an der Tumorstelle und beeinträchtigt so die Antitumorantwort. Um verbesserte CAR-T-Zellen zu erschaffen, versuchten wir, die CD28-vermittelte IL-2-Sekretion zu eliminieren und ein zweites intrinsisches Signal in trans zu liefern, die TGF-b Resistenz von T-Zell Proliferation vermittelt. Die Mutation des LCK-Bindungsmotivs in der CD28-Domäne des CAR (CD28DLCK-z) konnte die CAR-induzierte IL-2-Sekretion und die Resistenz von T-Zell Proliferation in der Anwesenheit von TGF-b aufheben. Darüber hinaus könnte die Expression des Zytokins IL-7 in CD28DLCK-z CAR T-Zellen die TGF-b Resistenz vermitteln, der IL-2 äquivalent. Da der IL-7-Rezeptor nach der Aktivierung der T-Zellen herunterreguliert wird, haben wir die CD28DLCK-z CAR-T-Zellen mit einem hybriden Zytokinrezeptor weiter modifiziert, der bei Bindung von co-exprimiertem transgenem IL-7 eine IL-2R b-Kettensignalisierung bereitstellt. Diese Strategie minimiert die schädlichen Auswirkungen von sekretiertem IL-2 und verbessert gleichzeitig die CAR-T-Zellaktivität gegen TGF-b+- Tumore in vivo. Unsere Daten liefern den Beweis, dass die Veränderung der CD28- Signalkapazitäten und die Etablierung einer CAR-induzierten autokrinen Schleife durch die synthetische Biologie die CAR-T-Zellen in der feindlichen Umgebung von soliden Tumoren verbessern können. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Golumba-Nagy, Viktória nagy.viktoria85@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-96636
Date:	2019
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Zentrum für Molekulare Medizin
Subjects:	Generalities, Science Natural sciences and mathematics Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language CAR immunotherapy, TGF-b, solid tumor, Chimeric Antigen Receptor, Chimeric Cytokine Receptor, TRUCK, English
Date of oral exam:	3 April 2019
Referee:	Name Academic Title Wunderlich, Thomas PD Dr. Kashkar, Hamid Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9663