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NY-ESO-1 re-directed effector memory and central memory T cells for the treatment of multiple myeloma


Schuberth, Petra Christine. NY-ESO-1 re-directed effector memory and central memory T cells for the treatment of multiple myeloma. 2012, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Zusammenfassung Burnet und Thomas postulierten 1957 die Hypothese, dass Lymphozyten neu entstehende Tumore erkennen und eliminieren können. Erreichen Tumore jedoch eine kritische Masse, entziehen sich diese den verschiedenen Kontrollmechanismen des Immunsystems. Ein möglicher Weg zur immunologischen Tumorkontrolle ist die Herstellung von T-Zellen, in die ein chimärer Antigenrezeptor (CAR) eingebaut wird, der Antigene auf Tumorzellen erkennt. Somit ist es möglich, eine große Anzahl Tumor-spezifischer T-Zellen ex vivo herzustellen. CARs sind Fusionsproteine, die aus einem Einzelketten-Antikörper-Fragment (Bindedomäne) und einer intrazellulären Signaldomäne bestehen. CARs der ersten Generation besitzen als intrazelluläre Signaldomäne CD3, wohingegen CARs der zweiten Generation über eine zusätzliche CD28 kostimulatorische Domäne verfügen. Das Einzelketten-Antikörper-Fragment der Bindedomäne erkennt ein Tumor-assoziiertes Antigen, woraufhin die T-Zellen spezifisch Tumorzellen erkennen. NY-ESO-1 ist ein Tumor- assoziiertes Antigen, das in einer Vielzahl unterschiedlichster Krebsarten exprimiert wird. In einem früheren Projekt wurde ein Antikörpermolekül generiert, das das immundominante NY-ESO-1 Peptid 157-165 im Kontext des HLA-A*02:01 Moleküls erkennt.
Um eine Erkennung des NY-ESO-1 Proteins durch autologe CD8+ Zellen zu ermöglichen, wurden in dieser Studie CARs generiert, deren Einzelketten-Antikörper-Fragment das NY- ESO-1 Peptid 157-165 im Kontext des HLA-A*02:01 Moleküls bindet. Entsprechend modifizierte T-Zellen lysierten NY-ESO-1157-165/HLA-A*02:01 positive Zielzellen und sezernierten IFN in spezifischer Weise. T-Zellen mit Expression eines 2. Generation CARs zeigten sowohl höhere zytolytische Aktivität wie auch Zytokinsekretion im Vergleich zu T- Zellen mit Erstgenerationskontrukt. Phänotypische Analysen CAR tragender T-Zellen zeigten in 40 % der T-Zellen einen ‚Effector-Memory‘-Phänotyp. Interessanterweise wurde auch eine ‚Central-Memory‘-Population in 3 – 8 % CAR positiver T-Zellen gefunden. Aufgrund der CCR7 Expression wurden Effektor- sowie Gedächtniszellen separiert. Nach Antigen- spezifischer Aktivierung zeigten CCR7+ Gedächtniszellen eine spezifische Herunterregulation ihres CCR7 Rezeptors, welches eine Differenzierung zu Effektorzellen andeutete. Weiterhin sezernierten CCR7 positive Gedächtniszellen vor allem IL-2, ein Zytokin, welches für ‚Central-Memory‘-Zellen charakteristisch ist. CAR tragende T-Zellen verhinderten die Entstehung eines Multiplen Myeloms in einem Xenograft Modell. Allerdings verursachten die injizierten T-Zellen nach 30 Tagen eine Xeno-Graft-versus-Host Reaktion.
Diese Ergebnisse stellen eine Grundlage für eine mögliche klinische Anwendung CAR tragender T-Zellen in der Therapie des Multiplen Myeloms dar. CAR tragende T-Zellen, welche den CCR7 Rezeptor exprimieren, sind von besonderem Interesse für die Weiterentwicklung der adoptiven T-Zelltherapie, um deren Gedächtnisfunktion für eine Langzeitprotektion gegen rezidivierende Tumore zu nutzen. Abstract In 1957, Burnet and Thomas hypothesized the concept of cancer immune surveillance which proposes that lymphocytes recognize newly developing transformed cells and eradicate them. However, tumors that are able to form a critical mass escape the various mechanisms of the immune system. One promising approach to immunological tumor control is to genetically modify T cells with a chimeric antigen receptor (CAR) that recognizes antigens on tumor cells. Consequently, it is possible to generate large scale tumor-specific T cell populations ex vivo. CARs are single fusion-proteins that contain a single chain fragment (scFv) binding and an intracellular signaling domain. T cells harboring a CAR are called re- directed T cells. First generation CARs consist of an intracellular CD3 signaling domain only whereas second generation constructs combine the co-stimulatory CD28 domain and the CD3 signaling domain. The binding domain of CARs recognizes a tumor associated antigen which re-directs T cells towards tumor cells. NY-ESO-1 is a tumor associated antigen expressed on a wide variety of malignant neoplasms. In the past, a Fab fragment was generated which recognizes the immuno-dominant peptide 157-165 of NY-ESO-1 complexed in the binding groove of the HLA-A*02:01 molecule.
In this study, chimeric antigen receptors (CARs) were generated consisting of a single chain antibody fragment recognizing the immuno-dominant NY-ESO-1 peptide 157-165 in the context of HLA-A*02:01 linked to the CD3 or CD28-CD3 activation domain. These re- directed T cells lysed specifically NY-ESO-1157-165/HLA-A*02:01 positive cells and secreted IFN. T cells expressing second generation constructs were superior to T cells harboring first generation constructs in cytolysis as well as cytokine release. Phenotypical analysis of re- directed T cells revealed an effector-memory phenotype in 40 % of T cells. Interestingly, a subpopulation of central memory T cells was identified comprising 3 – 8 % of the re-directed T cell population. Based on CCR7 cell sorting, effector and memory CAR positive T cells were separated. CCR7+ memory cells demonstrated after antigen specific re-stimulation down-regulation of CCR7 as sign of differentiation towards effector cells and increased secretion of IL-2, the signature cytokine of central memory T cells. Furthermore, CAR re- directed T cells were able to prevent tumor outgrowth of multiple myeloma in a xenograft model but also triggered xeno-GvHD 30 days post injection.
The results are a rational for the potential clinical use of NY-ESO-1 re-directed T cells for therapy of multiple myeloma. CCR7+ re-directed T cells are of special interest for further development of adoptive T cell therapy to not only resolve existing primary tumors but also to keep residual or dormant tumor cells under control.

Abstract

Zusammenfassung Burnet und Thomas postulierten 1957 die Hypothese, dass Lymphozyten neu entstehende Tumore erkennen und eliminieren können. Erreichen Tumore jedoch eine kritische Masse, entziehen sich diese den verschiedenen Kontrollmechanismen des Immunsystems. Ein möglicher Weg zur immunologischen Tumorkontrolle ist die Herstellung von T-Zellen, in die ein chimärer Antigenrezeptor (CAR) eingebaut wird, der Antigene auf Tumorzellen erkennt. Somit ist es möglich, eine große Anzahl Tumor-spezifischer T-Zellen ex vivo herzustellen. CARs sind Fusionsproteine, die aus einem Einzelketten-Antikörper-Fragment (Bindedomäne) und einer intrazellulären Signaldomäne bestehen. CARs der ersten Generation besitzen als intrazelluläre Signaldomäne CD3, wohingegen CARs der zweiten Generation über eine zusätzliche CD28 kostimulatorische Domäne verfügen. Das Einzelketten-Antikörper-Fragment der Bindedomäne erkennt ein Tumor-assoziiertes Antigen, woraufhin die T-Zellen spezifisch Tumorzellen erkennen. NY-ESO-1 ist ein Tumor- assoziiertes Antigen, das in einer Vielzahl unterschiedlichster Krebsarten exprimiert wird. In einem früheren Projekt wurde ein Antikörpermolekül generiert, das das immundominante NY-ESO-1 Peptid 157-165 im Kontext des HLA-A*02:01 Moleküls erkennt.
Um eine Erkennung des NY-ESO-1 Proteins durch autologe CD8+ Zellen zu ermöglichen, wurden in dieser Studie CARs generiert, deren Einzelketten-Antikörper-Fragment das NY- ESO-1 Peptid 157-165 im Kontext des HLA-A*02:01 Moleküls bindet. Entsprechend modifizierte T-Zellen lysierten NY-ESO-1157-165/HLA-A*02:01 positive Zielzellen und sezernierten IFN in spezifischer Weise. T-Zellen mit Expression eines 2. Generation CARs zeigten sowohl höhere zytolytische Aktivität wie auch Zytokinsekretion im Vergleich zu T- Zellen mit Erstgenerationskontrukt. Phänotypische Analysen CAR tragender T-Zellen zeigten in 40 % der T-Zellen einen ‚Effector-Memory‘-Phänotyp. Interessanterweise wurde auch eine ‚Central-Memory‘-Population in 3 – 8 % CAR positiver T-Zellen gefunden. Aufgrund der CCR7 Expression wurden Effektor- sowie Gedächtniszellen separiert. Nach Antigen- spezifischer Aktivierung zeigten CCR7+ Gedächtniszellen eine spezifische Herunterregulation ihres CCR7 Rezeptors, welches eine Differenzierung zu Effektorzellen andeutete. Weiterhin sezernierten CCR7 positive Gedächtniszellen vor allem IL-2, ein Zytokin, welches für ‚Central-Memory‘-Zellen charakteristisch ist. CAR tragende T-Zellen verhinderten die Entstehung eines Multiplen Myeloms in einem Xenograft Modell. Allerdings verursachten die injizierten T-Zellen nach 30 Tagen eine Xeno-Graft-versus-Host Reaktion.
Diese Ergebnisse stellen eine Grundlage für eine mögliche klinische Anwendung CAR tragender T-Zellen in der Therapie des Multiplen Myeloms dar. CAR tragende T-Zellen, welche den CCR7 Rezeptor exprimieren, sind von besonderem Interesse für die Weiterentwicklung der adoptiven T-Zelltherapie, um deren Gedächtnisfunktion für eine Langzeitprotektion gegen rezidivierende Tumore zu nutzen. Abstract In 1957, Burnet and Thomas hypothesized the concept of cancer immune surveillance which proposes that lymphocytes recognize newly developing transformed cells and eradicate them. However, tumors that are able to form a critical mass escape the various mechanisms of the immune system. One promising approach to immunological tumor control is to genetically modify T cells with a chimeric antigen receptor (CAR) that recognizes antigens on tumor cells. Consequently, it is possible to generate large scale tumor-specific T cell populations ex vivo. CARs are single fusion-proteins that contain a single chain fragment (scFv) binding and an intracellular signaling domain. T cells harboring a CAR are called re- directed T cells. First generation CARs consist of an intracellular CD3 signaling domain only whereas second generation constructs combine the co-stimulatory CD28 domain and the CD3 signaling domain. The binding domain of CARs recognizes a tumor associated antigen which re-directs T cells towards tumor cells. NY-ESO-1 is a tumor associated antigen expressed on a wide variety of malignant neoplasms. In the past, a Fab fragment was generated which recognizes the immuno-dominant peptide 157-165 of NY-ESO-1 complexed in the binding groove of the HLA-A*02:01 molecule.
In this study, chimeric antigen receptors (CARs) were generated consisting of a single chain antibody fragment recognizing the immuno-dominant NY-ESO-1 peptide 157-165 in the context of HLA-A*02:01 linked to the CD3 or CD28-CD3 activation domain. These re- directed T cells lysed specifically NY-ESO-1157-165/HLA-A*02:01 positive cells and secreted IFN. T cells expressing second generation constructs were superior to T cells harboring first generation constructs in cytolysis as well as cytokine release. Phenotypical analysis of re- directed T cells revealed an effector-memory phenotype in 40 % of T cells. Interestingly, a subpopulation of central memory T cells was identified comprising 3 – 8 % of the re-directed T cell population. Based on CCR7 cell sorting, effector and memory CAR positive T cells were separated. CCR7+ memory cells demonstrated after antigen specific re-stimulation down-regulation of CCR7 as sign of differentiation towards effector cells and increased secretion of IL-2, the signature cytokine of central memory T cells. Furthermore, CAR re- directed T cells were able to prevent tumor outgrowth of multiple myeloma in a xenograft model but also triggered xeno-GvHD 30 days post injection.
The results are a rational for the potential clinical use of NY-ESO-1 re-directed T cells for therapy of multiple myeloma. CCR7+ re-directed T cells are of special interest for further development of adoptive T cell therapy to not only resolve existing primary tumors but also to keep residual or dormant tumor cells under control.

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Additional indexing

Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Renner Christoph, Nadal David
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:Unspecified
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2012
Deposited On:16 Apr 2019 12:55
Last Modified:07 Apr 2020 07:17
Number of Pages:78
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod007326877&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

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