Inhibitorische NK-Zell

ISREC Wissenschaftlicher Bericht 2016
Namen: Laurence ZITVOGEL und Alexander EGGERMONT
Titel: Inhibitorische NK-Zell-Signalwege im humanen GIST Sarkom
Untertitel: BIRC3/TRAF1
Einleitung
Interaktionen zwischen Immunsystem und Tumor werden durch ein komplexes
Netzwerk biologischer Signalwege reguliert. Dies führt zu einer starken Toleranz.
Toleranz wird durch mehrere Mechanismen erhalten. Dazu gehören regulatorische
Immunzellen, immunsuppressive Zytokine und Chemokine, sowie «Immun-Checkpoint»Rezeptoren, die immune Funktionen unterdrücken. Die CTLA4/B7.2 und die PD-1/PDL1 Rezeptor/Ligand-Paare sind dominante, in der Tumorumgebung (TU) wirkende
Immun-Checkpoint-Achsen, die von Tumoren in Beschlag genommen werden, um
einem Immunangriff zu entgehen [1]. Im onkologischen Instrumentarium stellen
monoklonale Antikörper (mAK), die diese Signalwege blockieren, wirksame Waffen dar,
um T-Zelleffektoren zu bändigen und/oder um regulatorische T-Zellfunktionen zu
hemmen. Eine sequentielle Therapie, die zuerst NK-Zellen und danach T-Zellen ins
Visier nimmt, kann jedoch erwogen werden, da Tumorzellangriffe und durch NK-Zellen
ausgeschüttetes IFNγ die Tumorumgebung, die der Entwicklung einer antigenspezifischen, T-Zell-basierten Immunantwort dienlich ist, fördern. Obwohl die
Entdeckung der «natural killing»-Eigenschaft der NK-Zellen schon 40 Jahre zurückliegt,
kann die NK-Zellfunktion in der Klinik noch nicht erfolgreich eingesetzt werden. NKZellen sind eine heterogene Population, die zytotoxische, immunregulatorische,
Gedächtnis- und nicht-lizenzierte/lizenzierte Untergruppen beinhaltet. Wesentliche
Unterschiede zwischen den Spezies, ihre relativ schwache proliferative Kapazität in
vivo, ihre frühe, die metastatische Nische begünstigende, Interaktion mit myeloiden
Suppressorzellen, ihre Dysfunktionen im Tumor und ihre limitierte Homing-Kapazität
Richtung Tumorbetten sind bedeutende Hindernisse in Bezug auf für ihren klinischen
Einsatz.
Das Gleichgewicht zwischen aktivierenden und inhibitorischen Rezeptoren auf NKZellen entscheidet über deren Aktivationsstatus. Werden die inhibitorischen Signale von
NK-Zellen mittels blockierenden monoklonalen Antikörpern aufgehoben, so wird
angeblich eine vollständige NK-Zellaktivität wiederhergestellt. Dementsprechend lösen
blockierende monoklonale Antikörper, die gegen CTLA4, PD-1, PDL-1, Tim3 und KIR
gerichtet sind, nicht nur T-Zellfunktionen, sondern auch NK-Zellaktivität, wenn auch
unterschiedlichen Ausmasses, aus.
Die Killer-inhibitorischen Rezeptoren und der CD94/NKG2A Signalweg werden
gegenwärtig in klinischen Studien untersucht. Nur wenige weitere NK-zellspezifische
(oder auch nicht spezifische) Immun-Checkpoints sind beschrieben worden (darunter
CD96, TIGIT und die Cbl-b-, CDK8-, GSK3- und CIS-Signalkaskaden), vor allem im
Zusammenhang mit der murinen Tumorimmunüberwachung. Ausserdem erklären diese
Immun-Checkpoints für sich genommen nicht die dysfunktionalen Fähigkeiten der NK
tumorinfiltrierenden Lymphozyten (TIL). Dies deutet darauf hin, dass zusätzliche
hemmende Moleküle an der Unterdrückung der NK-Zellfunktionen beteiligt sind.
Aus diesem Grund ist es notwendig, die relevantesten Immun-Checkpoints, die beim
Menschen in soliden, bösartigen Tumoren wirken, besser zu verstehen. Die
Tumormikroumgebung bietet verschiedene ergänzende Mechanismen, die NKZelldysfunktionen erklären (darunter TGFβ, Adenosin, IL-10 und Metalloproteasen-
Shedding von Liganden zur Aktivierung von Rezeptoren). Die Zitvogel Gruppe hat
berichtet, dass funktionale NK-Zellmängel eine schlechte Prognose in häufig
vorkommenden, paradigmatischen bösartigen Tumoren bei Erwachsenen und Kindern
(Lungenkrebs, Melanome, Neuroblastome und gastrointestinale Sarkome) zur Folge
haben.
Ergebnisse
Obwohl die Entdeckung der «natural killing» Fähigkeit von NK-Zellen 40 Jahre
zurückliegt, ist die NK-Zellfunktion bis heute aus vielen Gründen nicht erfolgreich in der
Klinik eingesetzt worden. Die meisten Immun-Checkpoints, die heute in der Klinik
benutzt werden (KIR, CD94/NKG2A), erklären die dysfunktionalen Fähigkeiten der NK
TILs nicht. Dies deutet darauf hin, dass vermutlich zusätzliche inhibitorische Moleküle an
der Unterdrückung der NK-Zellfunktionen beteiligt sind. Die Cremer und Zitvogel
Gruppen haben eine langfristige Zusammenarbeit etabliert. Zusammen erforschen sie
die intratumoralen Eigenschaften der NK-Zellen, die Lungen- und gastrointestinale
Stromatumore (GIST) infiltrieren. Ein ausführliches transkriptionales Profiling von NKTILs hat interessante Genkandidaten hervorgebracht, nicht nur i) CTLA4, sondern auch
ii) das an der TNFa-abhängigen Aktivierung von NF-κB beteiligte TNFR2/cIAP2/TRAF1
und iii) SSAT1 (Typ 1 IFN induzierbares Enzym, das am Katabolismus von Polyaminen
beteiligt ist). Für letzteres haben unsere noch unveröffentlichten Daten ergeben, dass
eine mögliche Relevanz in der Hemmung von biologischen NK-Zellfunktionen bei
Mäusen und Menschen besteht. In den folgenden Arbeitspaketen werden wir diese
neuen NK-zellspezifischen, inhibitorischen Signalwege umfassend charakterisieren:
1. Identifikation der funktionalen NK-Eigenschaften, die von unseren NK-ImmunCheckpoints (NKIC) beeinflusst werden (T-Zellen werden als Kontrolle
verwendet);
2. Untersuchung der Regulation solcher NKICs;
3. Ermittlung der funktionalen Bedeutung dieser neuen NKICs in Mäusen und
Menschen (dazu werden ergänzende genetische, pharmakologische und
antikörperbasierte Vorgehensweisen angewendet);
4. Bestimmung der Eignung dieser NKICs als Ziel für Medikamente. Dazu werden
pharmakologische oder klinische Substanzbibliotheken durchforstet und wenn
möglich mAK produziert.
Wir konnten bisher zeigen, dass NK-TILs in GISTs mit einer schlechten Prognose,
insbesondere in NKp30c Isoformen aufweisende GISTs, BIRC3 und TRAF1
hochregulieren. Auch haben wir gezeigt, dass diese Hochregulation mit einer
gleichzeitigen und parallelen Herabregulation von NCR1/NKp46, dem wichtigsten
aktivierenden Rezeptor der NK-Zellen, assoziiert ist. Schliesslich haben wir festgestellt,
dass TNFa der Hauptregulator dieser Hochregulation ist. In Mäusen, die mit NKabhängigen Tumoren (RMA-S- und B16F10-Metastasen) geimpft wurden, begünstigte
rTNFa die Metastasenentwicklung, während anti-TNFR-Antikörper diese reduzierte.
Wir erwarten von diesem Projekt, dass es die Identifikation neuer inhibitorischer
Signalwege der angeborenen Immunität ermöglicht. Letztere haben nicht-kleinzellige
Bronchialkarzinome und gastrointestinale Stromatumoren (und andere solide Tumoren)
gemeinsam.
Abbildung: Onkomikrobiotische Enterococcus hirae können nach der
antibiotischen Behandlung den Dünndarm kolonisieren und die
cyclophosphamid-vermittelte Antitumorimmunantwort in Mäusen fördern (Daillère
et al., Immunity 2016).
Publikationen
Zitvogel L, Pitt JM, Daillère R, Smyth MJ, Kroemer G. Mouse models in oncoimmunology. Nat Rev
Cancer. 2016 Dec;16(12):759-773.
Galluzzi L, Zitvogel L, Kroemer G. Immunological Mechanisms Underneath the Efficacy of Cancer
Therapy. Cancer Immunol Res. 2016 Nov;4(11):895-902.
Galluzzi L, Buqué A, Kepp O, Zitvogel L, Kroemer G. Immunogenic cell death in cancer and infectious
disease. Nat Rev Immunol. 2016 Oct 17.
Daillère R, Vétizou M, Waldschmitt N, Yamazaki T, Isnard C, Poirier-Colame V, Duong CP, Flament C,
Lepage P, Roberti MP, Routy B, Jacquelot N, Apetoh L, Becharef S, Rusakiewicz S, Langella P, Sokol H,
Kroemer G, Enot D, Roux A, Eggermont A, Tartour E, Johannes L, Woerther PL, Chachaty E, Soria JC,
Golden E, Formenti S, Plebanski M, Madondo M, Rosenstiel P, Raoult D, Cattoir V, Boneca IG,
Chamaillard M, Zitvogel L. Enterococcus hirae and Barnesiella intestinihominis Facilitate
Cyclophosphamide-Induced Therapeutic Immunomodulatory Effects. Immunity. 2016 Oct 18;45(4):931943.
Ladoire S, Enot D, Senovilla L, Chaix M, Zitvogel L, Kroemer G. Positive impact of autophagy in human
breast cancer cells on local immunosurveillance. Oncoimmunology. 2016 May 24;5(6):e1174801.
Zitvogel L, Ayyoub M, Routy B, Kroemer G. Microbiome and Anticancer Immunosurveillance. Cell. 2016
Apr 7;165(2):276-87.
Jacquelot N, Enot DP, Flament C, Vimond N, Blattner C, Pitt JM, Yamazaki T, Roberti MP, Daillère R,
Vétizou M, Poirier-Colame V, Semeraro M, Caignard A, Slingluff CL Jr, Sallusto F, Rusakiewicz S, Weide
B, Marabelle A, Kohrt H, Dalle S, Cavalcanti A, Kroemer G, Di Giacomo AM, Maio M, Wong P, Yuan J,
Wolchok J, Umansky V, Eggermont A, Zitvogel L. Chemokine receptor patterns in lymphocytes mirror
metastatic spreading in melanoma. J Clin Invest. 2016 Mar 1;126(3):921-37.
Galluzzi L, Buqué A, Kepp O, Zitvogel L, Kroemer G. Immunological Effects of Conventional
Chemotherapy and Targeted Anticancer Agents. Cancer Cell. 2015 Dec 14;28(6):690-714.
Vétizou M, Pitt JM, Daillère R, Lepage P, Waldschmitt N, Flament C, Rusakiewicz S, Routy B, Roberti MP,
Duong CP, Poirier-Colame V, Roux A, Becharef S, Formenti S, Golden E, Cording S, Eberl G, Schlitzer A,
Ginhoux F, Mani S, Yamazaki T, Jacquelot N, Enot DP, Bérard M, Nigou J, Opolon P, Eggermont A,
Woerther PL, Chachaty E, Chaput N, Robert C, Mateus C, Kroemer G, Raoult D, Boneca IG, Carbonnel F,
Chamaillard M, Zitvogel L. Anticancer immunotherapy by CTLA-4 blockade relies on the gut microbiota.
Science. 2015 Nov 27;350(6264):1079-84.
Vacchelli E, Ma Y, Baracco EE, Sistigu A, Enot DP, Pietrocola F, Yang H, Adjemian S, Chaba K,
Semeraro M, Signore M, De Ninno A, Lucarini V, Peschiaroli F, Businaro L, Gerardino A, Manic G, Ulas T,
Günther P, Schultze JL, Kepp O, Stoll G, Lefebvre C, Mulot C, Castoldi F, Rusakiewicz S, Ladoire S,
Apetoh L, Bravo-San Pedro JM, Lucattelli M, Delarasse C, Boige V, Ducreux M, Delaloge S, Borg C,
André F, Schiavoni G, Vitale I, Laurent-Puig P, Mattei F, Zitvogel L, Kroemer G. Chemotherapy-induced
antitumor immunity requires formyl peptide receptor 1. Science. 2015 Nov 20;350(6263):972-8.
Ladoire S, Penault-Llorca F, Senovilla L, Dalban C, Enot D, Locher C, Prada N, Poirier-Colame V, Chaba
K, Arnould L, Ghiringhelli F, Fumoleau P, Spielmann M, Delaloge S, Poillot ML, Arveux P, Goubar A,
Andre F, Zitvogel L, Kroemer G. Combined evaluation of LC3B puncta and HMGB1 expression predicts
residual risk of relapse after adjuvant chemotherapy in breast cancer. Autophagy. 2015 Oct
3;11(10):1878-90.
Kroemer G, Senovilla L, Galluzzi L, André F, Zitvogel L. Natural and therapy-induced immunosurveillance
in breast cancer. Nat Med. 2015 Oct;21(10):1128-38.
Zitvogel L, Kroemer G. CANCER. A p53-regulated immune checkpoint relevant to cancer. Science. 2015
Jul 31;349(6247):476-7.
Zitvogel L, Galluzzi L, Kepp O, Smyth MJ, Kroemer G. Type I interferons in anticancer immunity. Nat Rev
Immunol. 2015 Jul;15(7):405-14.
Semeraro M, Rusakiewicz S, Minard-Colin V, Delahaye NF, Enot D, Vély F, Marabelle A, Papoular B,
Piperoglou C, Ponzoni M, Perri P, Tchirkov A, Matta J, Lapierre V, Shekarian T, Valsesia-Wittmann S,
Commo F, Prada N, Poirier-Colame V, Bressac B, Cotteret S, Brugieres L, Farace F, Chaput N, Kroemer
G, Valteau-Couanet D, Zitvogel L. Clinical impact of the NKp30/B7-H6 axis in high-risk neuroblastoma
patients. Sci Transl Med. 2015 Apr 15;7(283):283ra55.
Zitvogel L, Galluzzi L, Viaud S, Vétizou M, Daillère R, Merad M, Kroemer G. Cancer and the gut
microbiota: an unexpected link. Sci Transl Med. 2015 Jan 21;7(271):271ps1.
Hannani D, Vétizou M, Enot D, Rusakiewicz S, Chaput N, Klatzmann D, Desbois M, Jacquelot N, Vimond
N, Chouaib S, Mateus C, Allison JP, Ribas A, Wolchok JD, Yuan J, Wong P, Postow M, Mackiewicz A,
Mackiewicz J, Schadendorff D, Jaeger D, Zörnig I, Hassel J, Korman AJ, Bahjat K, Maio M, Calabro L,
Teng MW, Smyth MJ, Eggermont A, Robert C, Kroemer G, Zitvogel L. Anticancer immunotherapy by
CTLA-4 blockade: obligatory contribution of IL-2 receptors and negative prognostic impact of soluble
CD25. Cell Res. 2015 Feb;25(2):208-24.