Vanwege klinische successen met antilichamen die tumorinfiltrerende T-cellen activeren als therapie tegen kanker riep het blad Science kankerimmuuntherapie uit tot ‘doorbraak van 2013’. Tumoren verliezen echter frequent het gros van hun HLA-gepresenteerde zelfantigenen, wat ze vrijwel onzichtbaar maakt voor deze cytotoxische T-cellen. Enige jaren geleden ontdekten Leidse onderzoekers in dergelijke tumoren een nieuwe klasse tumorspecifieke antigenen. Ondersteund door het KWF en geavanceerde technologie wil men nu alle zogenoemde TEIPP-antigenen en hun respectievelijke T-celreceptoren karakteriseren, ter voorbereiding op peptidevaccinatie en andere vormen van immuuntherapie.
“Zo’n zes jaar geleden deden we een bevinding in muizen waarmee we nu een grote stap richting kliniek willen zetten.” Op de kamer en in aanwezigheid van prof. dr. Sjoerd van der Burg, hoofd van het Research Laboratorium voor Klinische Oncologie in het Leids Universitair Medisch Centrum en mede-indiener van de gehonoreerde KWF-projectaanvraag, legt dr. Thorbald van Hall uit waar het allemaal om draait. Sinds 1998 werkt hij in Leiden aan een nieuw type tumorantigenen. “Een Zweedse postdoc die publiceerde over een nieuwe groep CD8-positieve T-cellen bracht ons een tweejarig bezoek en de voortzetting van deze samenwerking leverde in 2006 een publicatie op in Nature Medicine.1Hierin maakten we wereldkundig dat bepaalde T-cellen wel degelijk in staat zijn tumorcelvarianten te herkennen die normaliter aan T-cellen zijn ontsnapt. Gesponsord door het KWF werk ik vanaf 2007 aan de ontrafeling van de fundamentele aspecten van deze T-cellen, zowel met gekweekte cellen als in muismodellen. We ontdekten welk enzymcomplex tumorcellen plachten uit te schakelen om te ontsnappen aan T-cellen, hoe dit leidt tot de expressie van T cell epitopes associated with impaired peptide processing (TEIPP) en dat HLA-gemedieerde presentatie van TEIPP een T-celrespons kan opwekken.2 Was mijn onderzoeksgroep lange tijd als enige in de wereld fulltime met dit thema bezig, nu pikken ook anderen het op en het bedrijfsleven heeft inmiddels ook belangstelling.”
Vaccin voor alle tumortypen
“Eigenlijk weet men al heel lang dat tumoren gunstiger reageren op standaardtherapieën naarmate ze meer T-celinfiltraat herbergen en dat dit als prognostische maat superieur is aan de huidige TNM-stagering van bijvoorbeeld colorectale tumoren,” weet Van der Burg. “Toch is de cytotoxische activiteit van die cellen vaak uitgeschakeld, met name door activering van de membraanreceptoren CTLA-4 en/of PD-1. Antilichamen tegen CTLA-4 (ipilimumab), PD-1 en PD-L1 zijn in staat die blokkering op te heffen en bij melanoom en verschillende andere typen kanker zijn hiermee spectaculaire resultaten geboekt. Een middel als ipilimumab geeft echter slechts bij 20% van de patiënten een langdurige respons. Een probleem is dat de tumorcellen zelf op allerlei manieren aan T-celherkenning weten te ontsnappen.”
Een veelbelovende benadering, die klinisch wordt getest in de Verenigde Staten, is het inbrengen van tumorspecifieke T-celreceptoren in T-cellen die zijn geïsoleerd uit kankerpatiënten en deze (genetisch) gemodificeerde T-cellen vervolgens terug te geven, de zogeheten chimeric antigen receptor (CAR)-therapie.
Een andere strategie is vaccinatie met tumorantigenen. Probleem is echter dat de meeste bekende tumorantigenen in slechts 20-30% van de tumoren tot expressie komen en dat men dus voor verschillende tumoren steeds weer veel verschillende antigenen moet proberen te identificeren. Van der Burg: “Nu we het mechanisme achter TEIPP snappen, zijn we echter in staat op een efficiënte manier antigenen te vinden als basis voor zowel een peptidevaccin als voor CAR-therapie en deze antigenen zouden in principe moeten werken voor alle kankertypen. Voorwaarde is alleen uitschakeling van de transporter associated with antigen processing (TAP).”
Alternatieve HLA-belading
Zelfantigenen worden door HLA-moleculen aan het immuunsysteem gepresenteerd in de vorm van peptiden van negen tot elf aminozuren lang. De HLA-belading met deze peptiden gebeurt binnen de veilige omgeving van het endoplasmatische reticulum (ER). Van der Burg: “Het cytosol is voor onbeschermde eiwitmoleculen een uiterst agressieve omgeving, gericht op hergebruik van niet-functionele eiwitketens. De grote proteasoomcomplexen knippen eiwitten in stukken en enzymen in het cytosol knippen die fragmenten tot aminozuren. Fragmenten die sequenties bevatten geschikt voor zelfantigeenpresentatie worden echter door chaperonne-eiwitten begeleid naar de in het ER-membraan gelegen TAP-moleculen, die een zekere voorkeur hebben voor fragmenten met een HLA-affiniteit. De fragmenten komen via TAP het ER binnen, binden C-terminaal in de groeve van het HLA-eiwit en worden N-terminaal tot optimale lengte getrimd. Daarna verhuist het beladen HLA-eiwit naar de celmembraan. Het gaat om een enorm complexe moleculaire machinerie, maar TAP is hierin een soort flessenhals; als deze is uitgeschakeld heeft dit grote gevolgen voor antigeenpresentatie.”
Van Hall: “Maar wat wij nu ontdekten, is dat er naast TAP ook nog andere, evolutionair mogelijk veel oudere systemen operationeel zijn. Die systemen zijn betrokken bij de presentatie van een specifieke klasse peptiden die we TEIPP hebben gedoopt. Onder normale omstandigheden wordt slechts ongeveer 10% van de HLA-eiwitten via deze oude systemen beladen en blijkbaar heeft dit TEIPP-HLA weinig impact op zelfantigeenpresentatie, want T-celreceptoren hebben er weinig belangstelling voor. Maar dat verandert volledig zodra TAP is uitgeschakeld: dan presenteren HLA-eiwitten voldoende TEIPP om door het immuunsysteem te worden opgemerkt.”
Proteomics en genetics
“In dit project mikken we op verschillende benaderingen”, vervolgt Van Hall. “Het is mogelijk peptiden te scheiden van TAP-negatieve tumorcel-HLA en die met massaspectrometrie te karakteriseren. Daarnaast kunnen op basis van wat we weten over die 10% alternatieve peptidebewerkingsroutes voorspellen of een bepaalde DNA-sequentie codeert voor een TEIPP. Vanuit ons muizentumormodel formuleerden we een aantal regels die, losgelaten op het hele eiwitcoderende domein, ongeveer 2.000 peptidekandidaten opleveren. Zo’n regel is bijvoorbeeld dat eiwitten al in het ER moeten zitten en dat betekent een aanzienlijke selectie. Ook weten we dat alleen specifieke sequenties in de HLA-groeve passen. Een belangrijke reden waarom dit project is toegekend, is omdat we lieten zien dat één van de voorspelde peptiden inderdaad via de proteomicsbenadering kon worden geïdentificeerd, waarmee is aangetoond dat dit echt kan lukken. Verder willen we ook nog de zogeheten T cell receptor gene capture-methode toepassen die onlangs in Nature Medicine is beschreven door de groep van prof. dr. Ton Schumacher van het Antoni van Leeuwenhoek, Amsterdam. Daarmee kun je specifieke T-celreceptoren isoleren en sequencen ten behoeve van CAR-therapie.3 Essentieel is wel dat de uiteindelijke T-cel zeer tumorspecifiek dient te zijn en geen gezonde lichaamscellen aanvalt.” Van der Burg: “Het project is dus heel erg gericht op klinische toepassing. Over vier jaar willen we voldoende TEIPP in handen hebben voor een vaccin en daarmee, na alle noodzakelijk preklinische tests, een fase 1-studie starten. Door ipilimumab met zo’n vaccin te combineren hoop je bepaalde vormen van immuunresistentie in de kiem te smoren.”
Referenties
1. Van Hall T, et al. Nat Med 2006;12:417-24.
2. Oliveira CC, et al. Mol Immunol 2013;55:113-6.
3. Linnemann C, et al. Nat Med 2013;19:1534-41.
Dr. J.H. van Dierendonck, wetenschapsjournalist
Oncologie Up-to-date 2014 vol 5 nummer 2