Development and microenvironment guided optimization of personalized immunotherapeutic strategies in brain tumors

Die Behandlung von Patienten mit unterschiedlichen Tumorentitäten mittels Adoptiven Zelltransfer hat sich als vielversprechende Behandlungsmethode herausgestellt. In dieser Arbeit wurde das therapeutische Potential von T-Zell-Rezeptor transgenen T-Zellen, die die Antigensequenz des in humanen Glioblastomen überexprimierten Neuroligin-4, X-linked (NLGN4X) Proteins erkennen, untersucht. Der NLGN4X reaktive T-Zell-Rezeptor wurde in einem Datensatz von T-Zell-Rezeptor Einzelzell-Sequenzierungen identifiziert und anschließend in vitro auf seine Spezifität mittels einer immortalisierten T-Zell-Linie getestet. Der T-Zell-Rezeptor des häufigsten T-Zell Klonotyps zeigte eine zuverlässige Bindung an das auf dem Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) Klasse I präsentierten NLGN4X Antigens bei einer geringen Affinität zu anderen Antigensequenz-ähnlichen Peptiden, die nicht Ziel der eigentlichen T-Zell-Therapie sind. Humane T-Zellen mit Expression des transgenen NLGN4X-T-Zell-Rezeptors zeigten einen polyfunktionalen Effektorzelltyp in vitro and waren in der Lage verschiedene Tumorzelllinien darunter eine Patienten-Gliomzelllinie mit Expression des Zielepitops spezifisch zu lysieren. U87 Gliomzellen, die das NLGN4X Protein überexprimieren, wurden in eine immundefiziente Mauslinie mit zusätzlicher genetischer Deletion von MHC Klasse I und II implantiert und mittels eines Adoptiven Transfers NLGN4X T-Zell-Rezeptor transgener T-Zellen behandelt. Dies resultierte in einem Überlebensvorteil und einer objektiven Ansprechensrate von 44.4 %. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle der Antigenpräsentation über Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) Klasse II zwischen myeloiden Zellen und T-Helfer-Zellen für die Antitumorimmunität untersucht. Hierzu wurde ein Mausmodell genutzt, das einen mittels Tamoxifen induzierbaren genetischen Knock-out von MHC II in entweder allen myeloiden Zellen oder ausschließlich in Mikrogliazellen ermöglicht. Mäuse mit genetischer Deletion des MHC II Gens zeigten ein reduziertes Überleben und Ansprechen auf eine Immuncheckpoint-Blockade in einem intrakraniellen murinen Glioblastommodell. Dieser wurde durch eine veränderte Zusammensetzung der intratumoralen Immunzellkompartimente verursacht, wobei sich eine verringerte Zahl der intratumoralen T-Zellen zeigte. Eine genauere Analyse der T-Effektorzellen zeigte einen dysfunktionalen Phenotyp von Antigen-spezifischen T-Effektorzellen im Falle einer genetischen MHC II Deletion in einem Tumormodell, das vornehmlich ein stark immunogenes MHC I Antigen exprimiert. Einzelzell-Sequenzierung des Transkriptoms von Tumor-infiltrierenden Leukozyten zeigte eine Expansion eines immunosuppressiven Subtyps von Makrophagen mit erhöhter Expression von Osteopontin. Aktive MHC II abhängige Signaltransduktion im Tumormikromilieu verhinderte, dass aktivierte T-Effektorzellen in einen dysfunktionalen Zustand übergingen, der durch Überexpression von TOX (Thymozyten-Selektions-assoziierte HMG-Box) gekennzeichnet war. Die Bindung von T-Helferzellen an MHC II führte zu einer vermehrten Interferon-gamma Expression, was zu einer verminderten Osteopontin Expression auf Makrophagen mit dem Effekt eines funktionalen T-Zell-Effektorkompartiments führte. Zusammenfassend, zeigt diese Arbeit erste präklinische Resultate zur Effizienz und Funktionalität von individualisierten T-Zell-Rezeptor transgenen T-Zellen, die ein Patienten-spezifisches Tumorantigen in humanen Glioblastomen erkennen. Des Weiteren, ist für die Funktionalität von intratumoralen T-Effektorzellen die MHC Klasse II abhängige Aktivierung von T-Helferzellen von entscheidender Bedeutung.