Epigenetische bewerking van T cellen voor verbetering van immuunceltherapie tegen kanker

Algemene achtergrond en probleemstelling
Immuunceltherapie is een vorm van immuuntherapie die ervoor zorgt dat cellen van het afweersysteem, de T cellen, kankercellen herkennen en vernietigen. Bij immuunceltherapie worden T cellen buiten het lichaam vermeerderd om kankercellen beter te bestrijden. Vervolgens worden de cellen opnieuw aan de patiënt toegediend. Immuunceltherapie biedt veelbelovende nieuwe behandelperspectieven voor patiënten met kanker; met name voor patiënten met gemetastaseerde melanoom is er veel vooruitgang geboekt en het aantal andere toepassingen groeit snel. Het succes van immuunceltherapie hangt af van de conditie van de immuuncellen die worden toegediend en hoe die cellen zich gedragen in het lichaam. Vaak raken de T-cellen na transplantatie uitgeput door de kankercellen en hun omgeving. Deze uitputting van T cellen belemmert een goede bestrijding van de kanker.

Resultaten uit ons vooronderzoek
In ons onderzoek aan T cellen in de muis hebben we recent ontdekt dat het bijsturen van genen leidt tot T cellen die beter zijn uitgerust om kankercellen op te ruimen. In dit proof-of-concept onderzoek, gesponsord door een KWF High-Risk project, hebben we onze expertise in immuuncellen (Heinz Jacobs) gecombineerd met expertise in regulatie van genen door epigenetica (Fred van Leeuwen). Deze onderzoekslijn heeft aangetoond dat het uitschakelen van het eiwit DOT1L in T cellen van de muis leidt tot een verbetering van hun capaciteit om tumorcellen te herkennen en vernietigen. DOT1L is een enzym, ontdekt door ons, dat de verpakking van genen in de cel markeert en daarmee invloed heeft op het patroon van activiteit van genen in de cel. Ons onderzoek naar DOT1L in T cellen in de muis heeft laten zien dat T cellen waarin DOT1L is uitgeschakeld beter kankercellen kunnen aanvallen en mogelijk minder snel uitgeput raken.
 
Onderzoeksrichting en voorgestelde oplossing
1) In dit project gaan we onderzoeken hoe de resultaten van het muismodel vertalen naar de mens. In de proefdierstudies hebben we onderzoek gedaan naar T-cel receptor (TCR) therapie. Bij deze vormen van therapie worden eigen afweercellen van de patiënt bewerkt door het inbrengen van de genen voor een T-cel receptor. De afweercellen kunnen dankzij deze bewerking nu de kankercellen specifiek herkennen en vaak ook vernietigen. Vanwege ons voorwerk, en omdat T-cel receptor therapie de potentie heeft om vele soorten van kankercellen te bestrijden, richt het eerste deel van ons onderzoek zich op de TCR-T cel therapie.
1a) In samenwerking met John Haanen en Ton Schumacher, experts op het gebied van immuuntherapie en immunotechnologie op het NKI-AVL, gaan we T-cellen van gezonde donors genetisch bewerken door het inbrengen van een T-cel receptor die melanoomcellen herkent. In deze T-cellen gaan we ook DOT1L genetisch uitschakelen. We gaan bestuderen hoe de T cellen zich gedragen zonder DOT1L: in welke mate worden ze geactiveerd als ze kankercellen herkennen, hoe goed kunnen ze de kankercellen vernietigen, en raken ze minder snel uitgeput? We zullen dit meten in kweekexperimenten buiten het lichaam, en in celtherapie-experimenten met muizen waarin we menselijke melanoomcellen en T cellen kunnen inbrengen.
1b) Naast deze functionele studies gaan we ook de cellen op moleculair niveau in kaart brengen. We gaan bepalen welke genen DOT1L markeert, welke genen zijn ontregeld, en hoe zich dat verhoudt tot de moleculen in de cellen die de functie van de T cel beïnvloeden. De moleculaire profielen zullen inzicht geven in hoe DOT1L de functie van T cellen epigenetisch bijstuurt, wat de gevolgen zijn van het uitschakelen van DOT1L, en hoe dit leidt tot een verbeterde T celtherapie.

2) Omdat het uitgeput raken van T cellen een belangrijk probleem is in de bestrijding van kankercellen gaan we in het tweede deel specifiek onderzoek doen naar dit probleem in twee andere vormen van celtherapie, de CAR T celtherapie en de TIL-therapie.
2a) Bij CAR T celtherapie worden T cellen genetisch bewerkt om kankercellen te herkennen
door inbrengen van een chimère antigeen receptor (CAR). T cellen met een CAR reageren sterker op kankercellen dan T cellen met een TCR en hebben daardoor de neiging om sneller uitgeput te raken. Daarmee vormt een CAR T celtherapie en het vergelijken met TCR T celtherapie, een krachtig modelsysteem om meer inzicht te krijgen in de rol van DOT1L in het uitgeput raken van T cellen. De experimentele uitvoering zal in grote lijnen vergelijkbaar zijn met die van onderzoek aan TCR T cellen.
2b) Tumor Infiltrerende Lymfocyten therapie (TIL-therapie) wordt toegepast bij patiënten met uitgezaaid melanoom en bestrijdt de kanker met potentieel tumor-specifieke afweercellen van de patiënt zelf. De immuuncellen worden direct uit de tumor geïsoleerd en buiten het lichaam gekweekt zonder genetische bewerking. TILs die de tumor herkennen zijn vaak uitgeput; dit belemmert het vermeerderen buiten de patiënt en hun activiteit na transplantatie. In samenwerking met Inge Jedema van het AVL Centrum voor Celtherapie gaan we onderzoeken hoe het uitschakelen van DOT1L de kwaliteit van de gekweekte TIL cellen kan verbeteren. Hier zullen we gebruik maken van de protocollen van het AVL Centrum voor Celtherapie en van de AVL melanoom-biobanken voor toegang tot gemetastaseerd tumormateriaal waaruit TILs zullen worden geïsoleerd en waarmee de kwaliteit van de T cellen kan worden bepaald.

Relevantie
Immuunceltherapie is een vorm van immuuntherapie tegen kanker met spectaculaire resultaten. Om de therapie breed te kunnen inzetten en om langdurige resultaten te bewerkstelligen is het nodig dat de bewerkte T cellen zodanig zijn uitgerust dat ze kankercellen effectief kunnen vernietigen zonder dat de T cellen uitgeput raken. Ons onderzoek gaat inzicht geven in hoe aangrijpen op de epigenetica van T cellen via DOT1L kan helpen om de eigenschappen van T cellen te verbeteren. De combinatie van verschillende immuunceltherapie modellen en het integreren van functionele en moleculaire studies zal nieuwe onderzoeksrichtingen aanwijzen voor verdere verbetering. Door de samenwerking met het AVL Centrum voor Celtherapie maken we gebruik van protocollen die direct relevant zijn voor de klinische setting zodat de resultaten van ons fundamenteel onderzoek snel kunnen worden vertaald naar de kliniek.