Tumorcellen aanpakken op immuunontsnappings­mechanismen

Beeld: Koen Marijt

Tumorcellen kunnen op verschillende manieren ontsnappen aan het immuunsysteem, wat een uitdaging vormt bij de behandeling met immuuntherapie. ‘Als we kunnen identificeren welke mechanismen een tumor gebruikt, dan zouden we daar de therapie op kunnen aanpassen’, aldus Marijt.

Gevoeligheid voor IFNγ

Solide tumoren groeien vaak in omstandigheden van metabolische stress, met zeer lage zuurstof- en glucoseniveaus. Marijt zag dat deze metabolische stress ervoor zorgt dat tumorcellen minder gevoelig worden voor interferon-gamma (IFNγ).¹ Dit cytokine, wat geproduceerd wordt door immuuncellen, stimuleert normaal gesproken de presentatie van neoantigenen door major histocompatibility complex (MHC) klasse I-moleculen. ‘Onder condities van lage zuurstof- en glucoseniveaus zagen we dat tumorcellen niet meer reageerden op IFNγ en minder MHC-I-antigenen presenteerden. Therapieën met checkpointremmers hebben dan eigenlijk geen zin’, vertelt Marijt. T-cellen herkennen tumorcellen doordat de T-celreceptor bindt aan een neo-antigeen dat gepresenteerd wordt door MHC-I. Veel tumoren remmen de T-cellen af door verhoogde expressie van checkpointeiwitten, zoals PD-L1. Checkpointremmers voorkomen dit. Maar zonder MHC-I-antigeenpresentatie kan een T-cel de tumorcel überhaupt niet herkennen en heeft het blokkeren van checkpointeiwitten geen effect. ‘Je zou dan therapieën moeten gebruiken die de ongevoeligheid voor IFNγ opheffen, zogeheten IFNγ-modulators. Wij hebben laten zien dat het kinase PI3K heel actief is onder omstandigheden van metabolische stress. Als we PI3K-signalering blokkeren met specifieke remmers dan worden de tumorcellen weer gevoelig voor IFNγ en gaat de presentatie van MHC-I omhoog. Door remming van PI3K werden de tumorcellen weer herkend door CD8- cytotoxische T-cellen onder metabolische stresscondities. Ook de expressie van PD-L1 ging omhoog, maar hierbij is therapie met immuuncheckpointremmers weer relevant. Je moet dus altijd goed kijken wat de defecten zijn in tumoren, hoe ze ontsnappen aan het immuunsysteem en daar de therapie op aanpassen.’ 

Alternatieve peptideprocessing

T-cellen herkennen tumorcellen aan neoantigenen die via intracellulaire processing geladen worden op MHC-Imoleculen en op het oppervlak van de tumorcel terechtkomen. ‘Een cruciaal transporteiwit hiervoor is TAP (transporter associated with antigen processing). Bij meer dan de helft van alle tumoren is de expressie van TAP verlaagd, met als resultaat dat er minder neoantigenen op het oppervlak komen en de tumorcellen op deze manier kunnen ontsnappen aan herkenning door T-cellen.’ Marijts copromotor, dr. Thorbald van Hall, ontdekte jaren geleden al dat in afwezigheid van TAP een specifiek repertoire van niet-gemuteerde tumorantigenen gepresenteerd wordt, zogenaamde TEIPP’s (T-cell epitopes associated with impaired peptide processing).^2,3 Deze tumorspecifieke peptides worden via een alternatieve processingroute juist gepresenteerd op die tumoren die TAP uitzetten. ‘Volgens de huidige hypothese zorgt de TAP-transporter voor 99 procent van het peptidetransport. Maar als je TAP in vitro uitschakelt in humane tumorcellen zie je nog steeds presentatie van MHC-I op het celoppervlak. Dit geeft aan dat er veel alternatieve pathways zijn voor processing van peptides’, legt Marijt uit. ‘Wij hebben 16 tumorantigenen geïdentificeerd die exclusief gepresenteerd worden door tumoren waarbij het TAP is uitgeschakeld en niet op normale weefsels. Dit zijn geen gemuteerde peptides – dus niet patiëntgebonden – en ze zijn ook niet gebonden aan specifieke tumortypes. Het zijn peptides van algemeen voorkomende eiwitten, zoals huishoudgenen, die normaal gesproken niet gepresenteerd worden. Alleen als TAP uitgeschakeld is, zoals in veel tumoren het geval is, worden peptides van die eiwitten op het oppervlak gepresenteerd.’

Vaccin

Deze peptides zouden kunnen worden gebruikt als vaccin voor de behandeling van kanker. Daarbij worden speciaal ontwikkelde peptides ingespoten onder de huid. In het lichaam worden de peptides opgenomen en gepresenteerd door dendritische cellen, zodat specifieke T-cellen worden geactiveerd die gericht zijn tegen tumorcellen met deze peptides op hun oppervlak. Marijt: ‘Een van de 16 epitopen die we hebben geïdentificeerd, een peptide van het eiwit LRPAP1, is een kandidaat met veel potentie. Daarmee gaan we nu een, door het Oncode Institute gesponsorde, klinische proof of concept trial beginnen. T-cellen die dit peptide herkennen konden in vitro verschillende soorten tumorcellen doden, onder andere van lymfoom, melanoom, colorectaal carcinoom en niercelcarcinoom. Dit laat zien dat het redelijk breed toepasbaar zou kunnen zijn.’
Bij het ontwikkelen van het vaccin bleek echter dat de peptide zoals die van nature in de cel voorkwam niet goed geprocest kon worden door dendritische cellen. ‘In die cellen is TAP nog wel actief, waardoor de processing mogelijk anders gaat. Daarom hebben we een kleine aanpassing aangebracht in de flankerende staart van het epitoop, waardoor dendritische cellen het wel goed konden processen. Presentatie van dit peptide door dendritische cellen resulteerde in activatie en expansie van LRPAP1- specifieke T-cellen die reactief waren tegen TAP-deficiënte melanoomen niercelcarcinoomcellen. Dit product, een peptide met een kleine aanpassing in het TEIPP-epitoop, gaan we gebruiken bij patiënten.’
De studie met het TEIPP-epitoopvaccin richt zich in eerste instantie op patiënten met longcarcinoom, omdat daarbij TAP vaak omlaag is gebracht en het eiwit LRPAP1 vaak hoog tot expressie komt. In veel tumoren is TAP niet volledig uitgeschakeld en de vraag is nog in hoeverre de expressie van TAP verlaagd moet zijn. ‘Van ongeveer de helft van de primaire tumorcellijnen die we hebben bekeken zagen we dat die niet door CD8-T-cellen werden herkend, tenzij we TAP helemaal uitschakelden met CRISPR-Cas9. TAP moet wel ver genoeg zakken om het TEIPP-epitoop tot expressie te brengen.’
Hoewel Marijt betrokken blijft bij de klinische studie met het TEIPP-epitoopvaccin, richt hij zich met zijn onderzoek nu vooral op de ongevoeligheid voor IFNγ die ontstaat door metabolische stress en de rol van het PI3K-pathway daarbij. ‘We willen graag een therapie vinden waarbij de gevoeligheid voor IFNγ weer wordt verhoogd, om in combinatie hiermee de immuuntherapie weer een kickstart te kunnen geven.’

HOOFDPUNTEN PROEFSCHRIFT

• Metabolische stress zorgt voor verminderde gevoeligheid voor IFNγ, met als gevolg dat tumoren minder MHC-I-antigenen presenteren en daardoor niet goed herkend worden door het immuunsysteem.
• Verstoring van het peptidetransport naar MHC-I – door uitschakeling van het TAP-transporteiwit – is een andere manier waarop veel tumoren ontsnappen aan het immuunsysteem.
• Door alternatieve peptideprocessing presenteren TAP-deficiënte tumorcellen een unieke set van peptides, die gebruikt kunnen worden bij de ontwikkeling van kankervaccins.

Beeld: Marjolijn van Westen

Dr. K.A. Marijt (1986) studeerde Biomedische Laboratoriumwetenschappen aan de Hogeschool Leiden, enkele jaren later gevolgd door een researchmaster Oncologie aan de Vrije Universiteit te Amsterdam. Vervolgens werkte hij drie jaar als onderzoeker bij de afdeling Tumor Biology van het Massachusetts General Hospital in Boston, Verenigde Staten. In 2014 startte hij met zijn promotieonderzoek bij de afdeling Medische Oncologie van het Leids Universitair Medisch Centrum, onder begeleiding van prof. dr. Sjoerd van der Burg en dr. Thorbald van Hall. Marijt promoveerde op 18 februari 2020. Zijn proefschrift, getiteld Therapeutic targeting of immune escaped cancers, is te vinden via https://openaccess.leidenuniv.nl/handle/1887/85450. Momenteel werkt hij als postdoctoraal onderzoeker bij dezelfde afdeling.