CTLA-4.
Werbung
Tierversuche verstehen Notwendigkeit von Tierversuchen in der biomedizinischen Forschung Beispiel: Krebsforschung Prof. Dr. M. Lohoff Warum Tierversuche? 1) Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2) Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternative Methoden komplett zu ersetzen. 3) In-vitro-Verfahren und Computermodelle spielen eine wichtige Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 4) Tierexperimente sind Voraussetzung für entscheidende Fortschritte in der Therapie von Krankheiten. Tierversuche haben eine wichtige Rolle bei fast allen medizinischen Durchbrüchen im letzten Jahrzehnt gespielt. 5) Tierexperimente sind entscheidend, um den späteren Erfolg beim Menschen vorauszusagen. 6) Wir teilen 99% unserer Gene mit einer Maus, daher sind sie ein effektives Modell für den menschlichen Körper. 7) Deutschland gehört weltweit zu den Ländern mit den höchsten Standards im Bereich Tierschutz. 8) Tierversuche dürfen nur nach Genehmigung durchgeführt werden. 9) Tierversuche sind auf ein notwendiges Minimum zu beschränken. Richtlinie „Drei Rs“ (reduction, refinement and replacement“ ( Reduktion, Verfeinerung und Ersatz). 2 Beitrag von Tierversuchen zur Etablierung einer Therapie gegen schwarzen Hautkrebs 3 Schwarzer Hautkrebs (malignes Melanom) • hochgradig bösartiger Tumor der Pigmentzellen Epidermis • streut früh Metastasen Dermis • am häufigsten tödlich verlaufende Hautkrankheit Subcutaneous tissue • weltweit stark steigende Anzahl an Neuerkrankungen 4 2001: Prognosefaktoren beim schwarzer Hautkrebs • 2001- keine effektive Therapiemöglichkeit X X X X • 20-40% der Patienten sterben innerhalb von 6 Monaten • 40-60% der Patienten sterben innerhalb von 1 Jahr Balch et al. Prognostic Factors Analysis of 17,600 Melanoma Patients: Validation of the American Joint Committee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-3634 5 Wie haben Mausexperimente geholfen eine effektivere Therapie zu etablieren? 6 7 1992: Identifizierung und Charakterisierung des Gens für das Protein PD-1 in Mauszelllinien Ishida et al. Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895 1994: Identifizierung des Gens für menschliches PD-1 unter Zuhilfenahme der Information von Maus PD-1 Abstract Zusammenfassung To determine the structure and chromosomal location of the human PD-1 gene, we screened a human T cell cDNA library by mouse PD-1 probe and isolated a cDNA coding for the human PD1protein. Um die Struktur und die chromosomale Lage des menschlichen PD-1-Gens zu bestimmen, wurde eine humane T-Zell-cDNA -Bibliothek mit der Maus PD-1–Sonde durchsucht und eine cDNA, die für das humane PD1-Protein kodiert, isoliert. Shinohara et al. Structure and Chromosomal Localization of the Human PD-1 Gene (PDCD1). Genomics. 1994, Vol 23, pp 704-706 8 Zudem wurde erforscht: Immunzelle Signal PD-1 PD-1 Partnermolekül vereinfachte Darstellung 9 1999: Herstellung einer Maus ohne PD-1 Gen und daher ohne PD-1 Eiweiß Eine Maus ohne PD-1 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen (dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an) Fazit: PD-1 hat eine hemmende Funktion im Immunsystem Immunzelle hemmendes Signal PD-1 Partnermolekül PD-1 vereinfachte Darstellung Entscheidend: Dieses Ergebnis war nicht vorhersehbar. Nur dieses Mausmodell konnte die Entdeckung ermöglichen. Nishimura et al. Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene Encoding an ITIM Motif-Carrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151 10 2004: Antikörper, welche die Funktion von PD-1 hemmen, reduzieren die Metastasierung des Melanoms in Mäusen Lebermetastasen Behandlung mit: KontrollAntikörper Antikörper gegen PD-1 Ergebnis: weniger Lebermetastasen Iwai et al. PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144 Besondere Immunzellen zur Abwehr von Tumoren und Viren sind T-Zellen Erkennung von Fremdmaterial (=Antigen) durch einen hochspezifischen Rezeptor. Abtötung der erkannten Zelle. T-Zell-Rezeptor Antigen T-Zelle Tumor-Zelle / virusinfizierte Zelle vereinfachte Darstellung 12 2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen Das Tötungssignal wird verhindert. T-Zell-Rezeptor Virus-Teil (=Antigen) Tumor-Zelle / virusinfizierte Zelle ausgebremste T-Zelle PD-1 PD1Partnermolekül vereinfachte Darstellung Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection. Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687 13 2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen Aber diese Hemmung kann durch einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden. Die chronische Infektion wird geheilt! Virusinfizierte Zelle T-Zelle Neustart? Neustart! PD-1 PD1-Partnermolekül Antikörper gegen PD-1 eliminieren das Hemmsignal vereinfachte Darstellung Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection. Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687 14 2012: Erste Anwendung von Antikörpern gegen PD-1 beim menschlichen Melanom Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische Wirksamkeit 28% der Patienten reagieren Topalian et al. Safety, Activity, and Immune Correlates of Anti-PD-1 Antibody in Cancer. N Engl J Med. 2012; Vol 366, No 26, pp 2443–2454 15 16 1987: Identifizierung des Gens für Maus CTLA-4 Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily - CTLA-4. Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270 1988: Identifizierung des Gens für Human CTLA-4 Dariavach et al. Human Ig superfamily CTLA-4 gene: chromosomal localization and identity of protein sequence between murine and human CTLA-4 cytoplasmic domains. Eur. J. Immunol. 1988, Vol18, pp 1901-1905 unter Zuhilfenahme der Information von Maus CTLA-4 Abstract Zusammenfassung Whereas the overall homology between the human and murine CTLA-4 proteins is 76%, there is, remarkably, a complete identity of their cytoplasmic domains. This complete interspecies conservation comes in support of an important role for this domain in CTLA-4 function. Während die Gesamthomologie zwischen den menschlichen und murinen CTLA-4 Proteinen 76% beträgt, sind die cytoplasmatischen Domänen, bemerkenswerterweise, komplett identisch. Diese vollkommene artenübergreifende Konservierung weist auf eine wichtige Rolle dieser Domäne in der CTLA-4 Funktion hin. 17 Zudem wurde erforscht: Immunzelle Signal CTLA-4 CTLA-4 Partnermolekül vereinfachte Darstellung 18 1995: Herstellung einer CTLA-4 Gen-defizienten Maus Eine Maus ohne CTLA-4 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen (dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an) Fazit: CTLA-4 hat eine hemmende Funktion im Immunsystem Immunzelle hemmendes Signal CTLA-4 Partnermolekül CTLA-4 vereinfachte Darstellung Entscheidend: Dieses Ergebnis war nicht vorhersehbar. Nur dieses Mausmodell konnte die Entdeckung ermöglichen. Waterhouse et al. Lmphoproliferative Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-4. Science. 1995, Vol 270, pp 985-988 19 Nebenbei 2014: Bestätigung von Autoimmunität bei Fehlen von CTLA-4 beim Menschen Schubert et al. Autosomal dominant immune dysregulation syndrome in humans with CTLA4 mutations. Nat Med. 2014, Vol 20, No 12, 1410-6 20 1996: Blockade von CTLA-4 (durch Antikörper) verringert das Wachstum von Darmkrebs in Mäusen „Enthemmung“ des Immunsystems Kontroll-Antikörper Tumorgröße max. 95mm2 Antikörper gegen CTLA-4 Tumorgröße max. 30mm2 Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade. Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6 21 2010 Erste Anwendung von anti-CTLA-4 beim menschlichen Melanom Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische Wirksamkeit Behandlung MIT Antikörpern gegen CTLA-4: 20% überleben mit Antikörper gegen CTLA-4 Kontrolle: OHNE Antikörper gegen CTLA-4 Behandlung OHNE Antikörper gegen CTLA-4: unter 10% überleben Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma. N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23 22 2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus Ohne Behandlung (keine Antikörper) 0% überleben Antikörper gegen CTLA-4 ca. 10 % überleben Antikörper gegen PD-1 ca. 25% überleben Antikörper gegen PD-1 & CTLA-4 ca. 50% überleben Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275– 4280 23 2013: Erstmaliger Einsatz von Antikörpern gegen CTLA-4 UND PD-1 beim Melanom des Menschen Jede Kurve zeigt die Tumorgröße bei einem Patienten. Ergebnis: Ansprechrate: 53% Tumorreduktion: > 80% Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma. N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-33 24 Die Krebs-Immuntherapie ist der wissenschaftliche Durchbruch des Jahres 2013 Image: © Valerie Altounian/Science Seitdem: • mehrere unabhängige Bestätigungen im Melanom • Freigabe der Antikörper Erwerb und Einsatz ohne Studie möglich • Rückkopplung von Dermatologen in großen Kliniken: Die Antikörper helfen 26 2015: Erfolg beim (sonst tödlichen) Rezidiv von Lymphknotenkrebs durch anti-PD-1 Ergebnis: 87% der Patienten sprechen auf die Behandlung an. Ansell et al. PD-1 Blockade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma. N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-9 27 Aber beim Melanom reagieren die Hälfte der Patienten immer noch nicht! Weitere Tierversuche oder nicht? 28 Inhalt Folie 2 Gründe für Notwendigkeit von Tierversuchen Folie 4-5 schwarzer Hautkrebs (Melanom) und die geringe Überlebenszeit von Patienten im Stadium IV dieser Krankheit Folien 8 Informationen zur Entdeckung des Eiweißmoleküls PD1; zuerst im Mausmodell, danach beim Menschen Folie 15 Messbare, aber eingeschränkte Wirksamkeit von antiPD-1 beim menschlichen Melanom Folien 17-19 vergleichbare Daten zu den Folien 8-10 für das CTLA-4 Eiweißmolekül mit ähnlich immun-unterdrückender Funktion wie PD-1 Folie 21 Blockade von CTLA-4 führt zu verringertem Tumorwachstum im Darmkrebs Mausmodell Folie 9-10 PD-1 Funktion: Hemmung des Immunsystems; Mausmodell ohne PD-1 resultiert in AutoimmunErkrankungen Folie 22 Messbare, aber eingeschränkte Wirksamkeit von antiCTLA-4 Antikörpern beim menschlichen Melanom Folie 11 Blockade von PD-1 mit anti-PD-1 Antikörpern im Mausmodell schränkt Metastasierung des Melanoms ein Folie 23 50% der Mäuse mit Melanom überleben, wenn PD-1 PLUS CTLA-4 gleichzeitig blockiert werden Folie 12 Funktion von T-Zellen (besondere Immunzellen zur Abwehr von Tumoren und Viren. Folien 24 zeigen denselben positiven Effekt beim Menschen im Endstadium IV des Melanoms Folien 13,14 Mäuse mit chronischer Virusinfektion besitzen T-Zellen (wehren normalerweise das Virus ab) mit PD-1. PD-1 unterdrückt die T-Zell Funktion. Blockiert man PD-1 durch Antikörper werden diese T-Zellen wieder aggressiv und töten das Virus ab. Die Krankheit wird geheilt. Folien 30 Quellenangaben mit Verlinkung Folien 30 Quellenangaben ohne Verlinkung 29 Quellenangaben Folie 5:Balch et al. Prognostic Factors Analysis of 17,600 Melanoma Patients: Validation of the American Joint Committee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-3634 Folie 19: Waterhouse et al. Lmphoproliferative Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-4. Science. 1995, Vol 270, pp 985-988 Folie 8: Ishida et al. Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895 Folie 20: Schubert et al. Autosomal dominant immune dysregulation syndrome in humans with CTLA4 mutations. Nat Med. 2014, Vol 20, No 12, 1410-6 Folie 8: Shinohara et al. Structure and Chromosomal Localization of the Human PD-1 Gene (PDCD1). Genomics. 1994, Vol 23, pp 704-706 Folie 10: Nishimura et al. Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene Encoding an ITIM MotifCarrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151 Folie 11: Iwai et al. PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144 Folie 13,14: Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection. Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687 Folie 15: Topalian et al. Safety, Activity, and Immune Correlates of Anti-PD1 Antibody in Cancer. N Engl J Med. 2012; Vol 366, No 26, pp 2443–2454 Folie 17: Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily - CTLA-4. Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270 Folie 21: Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade. Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6 Folie 22: Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma. N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23 Folie 23: Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–4280 Folie 24: Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma. N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-33 Folie 27:Ansell et al. PD-1 Blocade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma. N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-9 Folie 17: Dariavach et al. Human Ig superfamily CTLA-4 gene: chromosomal localization and identity of protein sequence between murine and human CTLA-4 cytoplasmic domains. Eur. J. Immunol. 1988, Vol18, pp 1901-1905 30 Quellenangaben Folie 5: Balch et al. Prognostic Factors Analysis of 17,600 Melanoma Patients: Validation of the American Joint Committee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-3634 Folie 19: Waterhouse et al. Lmphoproliferative Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-4. Science. 1995, Vol 270, pp 985-988 Folie 8: Ishida et al. Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895 Folie 20: Schubert et al. Autosomal dominant immune dysregulation syndrome in humans with CTLA4 mutations. Nat Med. 2014, Vol 20, No 12, 1410-6 Folie 8: Shinohara et al. Structure and Chromosomal Localization of the Human PD-1 Gene (PDCD1). Genomics. 1994, Vol 23, pp 704-706 Folie 21: Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade. Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6 Folie 10: Nishimura et al. Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene Encoding an ITIM MotifCarrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151 Folie 22: Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma. N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23 Folie 11: Iwai et al. PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144 Folie 13, 14: Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection. Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687 Folie 15: Topalian et al. Safety, Activity, and Immune Correlates of Anti-PD-1 Antibody in Cancer. N Engl J Med. 2012; Vol 366, No 26, pp 2443–2454 Folie 17: Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily - CTLA-4. Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270 Folie 23: Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–4280 Folie 24: Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma. N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-33 Folie 27: Ansell et al. PD-1 Blocade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma. N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-9 Folie 17: Dariavach et al. Human Ig superfamily CTLA-4 gene: chromosomal localization and identity of protein sequence between murine and human CTLA-4 cytoplasmic domains. Eur. J. Immunol. 1988, Vol18, pp 1901-1905 31
