ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Ανοσολογία. Καρκίνος και ανοσιακή απάντηση Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ανοσολογία Καρκίνος και ανοσιακή απάντηση Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Υπάρχει καρκινική ανοσία? (Cancer immunity)

4 Eπαγωγή Καρκινικού μετασχηματισμού Χημικοί παράγοντες (μεταλλαξιγένεση) Φυσικοί παράγοντες (UV, μεταλλαξιγένεση) Ιοί (ρετροϊοί) Ενδογενείς παράγοντες Ογκογονίδια Ογκοκατασταλτικά γονίδια Προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος

5 Ανοσία σε όγκους (χημικά καρκινογόνα) Experimental demonstration of tumor immunity. Mice that have been surgically cured of a chemical carcinogen (MCA)-induced tumor reject subsequent transplants of the same tumor, whereas the transplanted tumor grows in normal syngeneic mice. The tumor is also rejected in normal mice that are given adoptive transfer of T lymphocytes from the original tumor-bearing animal.

6 Ανοσία σε όγκους (ογκογόνοι ιοί) EBV (Epstein-Barr virus) λεμφώματα απαντώνται συχνότερα σε ανοσοκατασταλμένους ασθενείς. ΗPV (Human Papillomavirus) παρόμοια. Μολύνσεις με αδενοϊούς προκαλούν συχνότερα ογκογένεση σε ποντίκια με έλλειψη Τ κυττάρων. Ζώα εμβολιασμένα με αντιγόνα του SV40 ή αδενοϊών απορρίπτουν μοσχεύματα καρκινικών κυττάρων μεταλλαγμένων με SV40 ή τους αντίστοιχους αδενοϊούς.

7 Ανοσία σε όγκους (Αυθόρμητος καρκίνος) Immune surveillance (Macfarlane Burnet 1950) (ανοσοεπιτήρηση) Το ανοσοποιητικό σύστημα αναγνωρίζει και καταστρέφει νεοσχηματισθείς όγκους.?

8 Ανοσία σε όγκους (αυθόρμητους) Οι περισσότεροι όγκοι είναι ασθενώς ανοσογόνοι. Ανοσοκατασταλμένοι ασθενείς ή ποντίκια με ανοσοανεπάρκειες δεν προσβάλλονται συχνότερα από καρκίνους.?(the immune response is essential to prevent the development of carcinogen-induced sarcomas and spontaneous epithelial tumours, Shankaran, Nature, 2001) Μελανώματα και καρκίνοι του μαστού με λεμφοκυτταρικές διηθήσεις έχουν καλύτερη πρόγνωση.

9 Προϋποθέσεις για την καρκινική ανοσία Ύπαρξη αντιγόνου (που αναγνωρίζεται ως μη εαυτό). Ανοσιακή απάντηση (ανοσογόνο περιβάλλον).

10 Καρκινικά αντιγόνα (tumor specific antigen TSA) Types of tumor antigens recognized by T cells. Tumor antigens that are recognized by tumor-specific CD8 + T cells may be mutated forms of normal self proteins, products of oncogenes, overexpressed or aberrantly expressed self proteins, or products of oncogenic viruses.

11 Μηχανισμοί επαγωγής Τ κυτταρικής ανοσίας σε καρκινικούς όγκους Induction of T cell responses to tumors. CD8 + T cell responses to tumors may be induced by cross-priming (cross-presentation), in which the tumor cells or tumor antigens are taken up, processed, and presented to T cells by professional antigen-presenting cells (APCs). In some cases, B7 costimulators expressed by the APCs provide the second signals for differentiation of CD8 + T cells. The APCs may also stimulate CD4 + helper T cells, which provide the second signals for CTL development. Differentiated CTLs kill tumor cells without a requirement for costimulation or T cell help.

12 Ανοσιακή απάντηση στον καρκίνο (πειραματική απόδειξη ύπαρξης των TSA) Cloned CTL lines specific for human tumors are used to identify specific tumor antigens. A. CD8 + T cells isolated from blood, lymph nodes, or tumors of patients with melanoma are propagated in culture by stimulating them with melanoma cell lines derived from the patient's tumor. Single T cells from these cultures are expanded into clonal CTL lines. B. DNA from melanoma gene libraries is transfected into class I MHC-expressing target cells. Genes that sensitize the target cells for lysis by the melanoma-specific CTL clones are analyzed to identify the melanoma protein antigens recognized by the patient's CTLs.

13 Ανοσοκύτταρα με αντικαρκινική δράση NK CTLs (CD8+) Μακροφάγα σε συνεργασία με Τ helper (CD4+)

14 Διαφυγή των όγκων από την ανοσιακή απάντηση Χαμηλή έκφραση MHC I Μεταλλαγμένα MHC I που δεν μπορούν να παρουσιάσουν αντιγόνα. Μη παροχή συνδιεγερτικών σημάτων (Β7) Παραγωγή ανοσοκατασταλτικών κυτταροκινών Antigen editing (επιμέλεια του αντιγόνου) Έκφραση Fas-FaL (προκαλείται απόπτωση των Τ κυτ.) Μη λειτουργικότητα των CTLs που διηθούν τον όγκο Διήθηση του όγκου με Tregs. Έκφραση Μ.Π. όπως STAT3 (αυξάνει την παραγωγή IL-6 που επάγει τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων και μειώνει την ενεργότητα των Th1 κυττάρων).

15 Διαφυγή των όγκων από την ανοσιακή απάντηση Mechanisms by which tumors escape immune defenses. Anti-tumor immunity develops when T cells recognize tumor antigens and are activated. Tumor cells may evade immune responses by losing expression of antigens or MHC molecules or by producing immunosuppressive cytokines.

16 Ανοσοθεραπεία

17 Λογική της ανοσοθεραπείας At least four components of the immune response appear critical for that response to be of therapeutic potential, as follows: the quality of the elicited CTLs; the quality of induced CD4+ Th cells; the elimination and/or nonactivation of Tregs; the breakdown of the immunosuppressive tumor microenvironment.

18 Πειραματική προσέγγιση Μελέτες σε ποντίκια 1. Εμφύτευση τροποποιημένων καρκινικών κυττάρων 2. Αποσιώπηση ή υπερέκφραση διαφόρων μορίων σε καρκινικά κύτταρα ή σε ανοσοκύτταρα 3. Μελέτη της πορείας του όγκου - επίδραση σε καρκινικούς δείκτες - επίδραση στην αύξηση του όγκου - επίδραση στη μετάσταση - θεραπεία? Μελέτες στον άνθρωπο Θεραπεία μεταστατικών όγκων Κλινικές δοκιμές φάσης Ι Κλινικές δοκιμές φάσης ΙΙ Κλινικές δοκιμές φάσης ΙΙΙ

19 Ανοσοθεραπεία Στόχος: ενίσχυση της ανοσιακής απάντησης Χορήγηση κυτταροκινών (IL-2, IFN-α, ΤΝF κ.ά.) LAK (Lymphokine Activated Killer). Κυρίως ΝΚ κύτταρα που ενεργοποιούνται ex-vivo παρουσία IL-2 και επαναχορηγούνται στον ασθενή (υψηλή τοξικότητα, περιορισμένα αποτελέσματα). Έκφραση συνδιεγερτικών μορίων (Β7) ή και κυτταροκινών στα καρκινικά κύτταρα (Μοριακές προσεγγίσεις). Ωρίμανση DCs in vitro με GM-CSF και καλλιέργεια με καρκινικά πεπτίδια. Παρεμπόδιση ανασταλτικών μορίων στα Τ κύτταρα (CTLA-4). Στόχευση μεταγραφικών παραγόντων που εμπλέκονται στη διαφοροποίηση των Τ κυττάρων (SΤΑΤ3).

20 LAK adoptive cellular therapy. In a commonly used approach for adoptive cellular therapy, lymphocytes isolated from the blood or tumor infiltrate of a patient are expanded by culture in IL-2 and are infused back into the patient. This treatment, often combined with systemic IL-2 administration, leads to tumor regression in some patients.

21 Μετασχηματισμένα καρκινικά κύτταρα Enhancement of tumor cell immunogenicity by transfection of costimulator and cytokine genes. Tumor cells that do not adequately stimulate T cells on transplantation into an animal will not be rejected and will therefore grow into tumors. Vaccination with tumor cells transfected with genes encoding costimulators or IL-2 (A) can lead to enhanced activation of T cells, and tumors transfected with GM-CSF (B) activate professional APCs, notably dendritic cells. These transfected tumor cell vaccines stimulate tumor-specific T cells, leading to T cell-mediated rejection of the tumor (even untransfected tumor cells).

22 Ενίσχυση της αντιγονοπαρουσίασης των DCs Tumor vaccines. The types of tumor vaccines that have shown efficacy in animal models are illustrated. Many vaccine approaches are undergoing clinical testing.

23 Πρωτόκολλο: Θεραπεία με anti-ctla-4* Εμβόλιο με καρκινικά πεπτίδια (μελάνωμα) Παροχή αντι-ctla-4 Aναμενόμενα αποτελέσματα: Τα Τ κύτταρα θα ενεργοποιηθούν από το αντιγόνο. Θα δείξουν αυξημένη ενεργοποίηση λόγω παρεμπόδισης ανασταλτικών μηνυμάτων. Αποτελέσματα: Σε 3 από τους 14 ασθενείς υποστροφή των μεταστατικών όγκων. Σε 6 ασθενείς ανάπτυξη αυτοανοσίας. Giao Q. Phan et al PNAS, 2003, doi pnas *CTLA-4 ομόλογο του CD28, παρέχει ανασταλτικά μηνύματα στα ενεργοποιημένα Τ κύτταρα.

24 Δενδριτικά κύτταρα (DCs) και ανοσοθεραπεία Υπάρχουν διάφοροι τύποι DCs, που μπορούν να επάγουν διαφορετικού τύπου απαντήσεις Ανώριμα DCs παρουσιάζουν μεν Ag στα Τ κύτ. αλλά αυτά γίνονται ανεργικά. cdcs (classical) Στην επιδερμίδα CD1a + και CD14 + Στη δερμίδα Langerhans Cells (LCs) και Μακροφάγα pdcs (plasmacytoid) παράγουν IFN-α σε υψηλές ποσότητες Στην ανασοθεραπεία μονοκύτταρα διαφοροποιούνται ex-vivo σε ώριμα DCs παρουσία κυτταροκινών. GM-CSF + IFN-α GM-CSF + IL-15 GM-CSF + IL-4 ΤΝF, IL-12 κλπ

25 Δενδριτικά κύτταρα (DCs) και ανοσοθεραπεία Functional plasticity of DCs: subsets. Human LCs induce potent CTL responses, possibly via IL-15. At least four lines of evidence indicate that human LCs are remarkable at inducing CTL responses ex vivo: 1) LCs loaded with a MHC class I peptide potently induce the proliferation of peptide-specific naive CD8 + T cells; 2) LCs expand naive CD8 + T cells with high avidity against peptide/mhc class I complex; 3) naive CD8 + T cells primed by LCs express high levels of cytotoxic molecules, such as granzymes A, B, and perforin, and display a high cytotoxicity; and 4) LCs are efficient at cross-presentation of Ags. Human CD14 + dermal DCs induce potent humoral responses via IL-12. When DCs form the complex with T cells and B cells at extrafollicular sites, IL-12 derived from activated DCs promotes B cells to differentiate into Ab-secreting cells by two different paths: a direct path via DC B interaction, and an indirect path through induction of IL-21 producing T follicular helper-like cells. Thus, the most efficient CD8 + T cell vaccines might be those that build on DCs expressing the molecular signatures of LCs, for example, IL-15 DCs.

26 Μακροφάγα και ανοσοθεραπεία While the role of endogenous T cells in antitumor immunity is being debated, little is known about whether and how T cells promote tumorigenesis. In this issue of Cancer Cell, DeNardo and colleagues demonstrate that IL-4-producing T cells enhance metastasis by programming macrophages to produce factors that enhance tumor invasion. Two Distinct T Cell Differentiation Pathways Lead to Immune Responses that Can Inhibit or Promote Cancer Progression The figure demonstrates the concept that the consequences of T cell activation for cancer inhibition versus promotion depend on the pathway of differentiation. T cells are activated when their T cell receptor recognizes cognate antigen on an antigen presenting cell (typically a dendritic cell, macrophage or B cell). Depending on the balance of cytokines present at the time of antigen recognition, T cells can differentiate along various pathways. Shown in the figure are two pathways of differentiation: the Th1 pathway, promoted by proinflammatory cytokines such as type 1 interferons (α and β) and IL-12 and the Th2 pathway, promoted by IL-4. Th1 cells, through production of γ-interferon, instruct macrophages toward a tumoricidal M1 program as well as providing signals to activate anti-tumor cytotoxic T cells (CTL). Thus, a Th1 diffrentiation program inhibits tumor growth and progression. Alternatively, if Th2 responses develop, macrophages are programmed via IL-4 and/or IL-13 toward a tumor-facilitating M2 differentiating program, characterized by production of growth and pro-angiogenic factors as well as TGF-β, an inhibitor of antitumor immune responses. Additional T cell differentiation programs, such as Th17 and regulatory T cells (not shown in figure), likely play distinct roles in the cancer process that is currently under investigation. Metastasis-Promoting Immunity: When T Cells Turn to the Dark Side DOI /j.ccr

27 Διαφορετικές προσεγγίσεις ανοσοθεραπείας με DCs Approaches to DC-based immune intervention in cancer. 1) Vaccines based on Ag with or without adjuvant that targets DCs randomly. That might result in vaccine Ags being taken up by a wrong type of DCs in the periphery, which might lead to unwanted type of immune response. Vaccine Ags could also flow to draining lymph nodes, where they can be captured by resident DCs. 2) Vaccines based on ex vivo generated tumor Ag-loaded artificial DCs that are injected back into patients. 3) Specific in vivo DC targeting with anti-dc Abs fused with Ags and with DC activators. 4) Next generation clinical trials will test optimized DC vaccines combined with patient-adjusted approaches to block Tregs and to break down the tumor environment. These therapies will be tested in preselected patients, thereby leading to personalized therapy. Recent Developments in Cancer Vaccines J Immunol 2011;186;

28 Στόχοι των νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων DC vaccines in combination therapies. Current active immunotherapy trials have shown durable tumor regressions in a fraction of patients. However, clinical efficacy of current approaches is limited, possibly because tumors invade the immune system by means of myeloid-derived suppressor cells, inflammatory type 2 T cells, and Tregs. To improve the clinical efficacy of immunotherapies, we need to design novel and improved strategies that can boost adaptive immunity to cancer, help overcome Tregs, and allow the breakdown of an immunosuppressive tumor microenvironment. This can be achieved by developing combination therapies targeting these three major components.

29 Παραδείγματα ανοσοθεραπείας The sipuleucel-t intervention involves harvesting the patient's (καρκίνος προστάτη) peripheral-blood mononuclear cells (PBMCs), culturing them with a chimeric protein containing granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) to activate antigen presentation together with prostatic acid phosphatase as a tumor-associated antigen, and then infusing the antigen-pulsed antigen-presenting cells (APCs) back into the patient. Αποτελέσματα: επιμήκυνση κατά 4,5 μήνες της μέσης επιβίωσης (OS), χωρίς διαφορά σε επιβίωση ελεύθερη νόσου (progression-free survival, PFS) Μηχανισμός άγνωστος Κόστος $ Άδεια από το FDA (οργανισμός φαρμάκου των ΗΠΑ)

30 Παραδείγματα ανοσοθεραπείας PROSTVAC-VF comprises two recombinant viral vectors, each encoding transgenes for PSA (Prostate specific antigen), and three immune costimulatory molecules (B7.1, ICAM-1, and LFA-3). Vaccinia-based vector was used for priming followed by six planned fowlpox-based vector boosts. Αποτελέσματα: επιμήκυνση κατά 8,5 μήνες της μέσης επιβίωσης (OS), χωρίς διαφορά σε επιβίωση ελεύθερη νόσου(pfs). Μηχανισμός άγνωστος

31 Το σύμπλεγμα του TCR

32 Modified T cells Basic elements of chimeric antigen receptor (CAR) design. Πλεονεκτήματα: 1. Αναγνώριση του στόχου και ενεργοποίηση χωρίς συνδιέγερση και χωρίς MHC περιορισμό 2. Πολλαπλασιάζονται in vivo 3. Διαφοροποιούνται σε κύτταρα μνήμης. Μειονεκτήματα 1. Κυτταροτοξικότητα και έναντι και υγιών ιστών 2. Δεν επιβιώνουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα Stanley R. Riddell, Michael C. Jensen, Carl H. June

33 T Cells with Chimeric Antigen Receptors Have Potent Antitumor Effects and Can Establish Memory in Patients with Advanced Leukemia doi: /scitranslmed Although CARs can trigger T cell activation in a manner similar to an endogenous T cell receptor, a major impediment to the clinical application of this technology to date has been the limited in vivo expansion of CAR+ T cells, rapid disappearance of the cells after infusion, and disappointing clinical activity. We report that CAR T cells that target CD19 and contain a costimulatory domain from CD137 and the T cell receptor z chain have potent non cross-resistant clinical activity after infusion in three of three patients treated with advanced chronic lymphocytic leukemia (CLL) Moreover, CART19 cells induced a CD19-specific cellular memory response. These CART19 cells tracked efficiently to sites of tumor and became established as de facto tumor-infiltrating lymphocytes that exhibited CD19 specificity and retained effector function in vivo in patient blood and marrow specimens for months

34 βιβλιογραφία Cancer regression and autoimmunity induced by cytotoxic T lymphocyteassociated antigen 4 blockade in patients with metastatic melanoma doi pnas Cellular Vaccine Approaches doi: /ppo.0b013e3181eb33d7 Recent Developments in Cancer Vaccines doi: /jimmunol

35 Τέλος Ενότητας

36 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

37 Σημειώματα

38 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

39 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης. «Ανοσολογία. Καρκίνος και ανοσιακή απάντηση». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

40 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]