Metabolische Reprogrammierung trimerischer APRIL-CAR-modifizierter natürlicher Killerzellen (NK-Zellen) zur Steigerung der Tumorzellerkennung, in vivo-Persistenz und anti-tumoraler Potenz im Multiplen Myelom
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der Behandlung von Patienten mit rezidivierten und refraktären Krebserkrankungen hat sich die zelluläre Immuntherapie auf Basis von CAR-modifizierten Natürlichen Killerzellen (CAR- NK) als vielversprechende neue Behandlungsoption herausgestellt. Erste klinische Studien haben die Sicherheit und Wirksamkeit genetisch veränderter allogener NK-Zellen zur Behandlung stark vorbehandelter Patienten mit B-Zell-Lymphomen gezeigt. Trotz dieser Erfolge kann es im Verlauf der Therapie aufgrund verschiedener Faktoren zu einem Verlust der Tumorkontrolle kommen. Neben tumorintrinsischen Resistenzmechanismen und immune escape-Phänomenen stellt die funktionelle Erschöpfung der infundierten NK-Zellen einen wesentlichen Faktor von möglichem Therapieversagen dar. Es besteht daher eine dringende Notwendigkeit, molekulare Mechanismen NK-Zell-intrinsischer funktioneller Erschöpfung zu ergründen. Funktionelle genomweite Studien erlauben, Genotyp-Phänotyp-Korrelationen systematisch und im großen Maßstab zu untersuchen. Im Kontext primärer NK-Zellen lassen sich hierdurch genetische Checkpoints demaskieren, ohne diese die untersuchten Immunzellen, aufgrund verbesserter funktionaler Eigenschaften, einen kompetitiven Wettbewerbsvorteil erlangen und sich in der untersuchten Population anreichern. In der vorliegenden Arbeit führten wir erstmalig einen genomweiten loss-of-function CRISPR- Screen in primären humanen NK-Zellen durch. Hierfür wurden aus Nabelschnurblut gewonnene NK-Zellen mit einer genomweiten sgRNA-Bibliothek transduziert und mit rekombinantem Cas9 Protein transfiziert. Die CRISPR-editierten NK-Zellen wurden mehreren biologisch relevanten Selektionsfaktoren ausgesetzt und anschließend auf Veränderungen der sgRNA-Frequenzen untersucht. Hierbei identifizierten wir mehrere konkordant angereicherte sgRNA-Sequenzen, die auf eine verbesserte zelluläre Fitness durch Deletion der korrespondierenden Gene hinweisen. Die Top-Hits wurden anschließend gegenüber einem Panel unterschiedlicher humaner Krebszelllinien funktionell validiert, wobei zwei der untersuchten Checkpoints mit signifikanten Steigerungen der Anti-Tumor-Immunität verbunden waren. Darüber hinaus testeten wir die identifizierten Hits im Kontext zweier unterschiedlicher CAR-Konstrukte und konnten zeigen, dass die Deletion der zugrundeliegenden Checkpoints sowohl antigen-spezifisch als auch -unspezifisch mit einer Steigerung der NK-Zell-Zytotoxizität verbunden war. CRISPR- knock-out CAR-NK-Zellen wurden anschließend in zwei unterschiedlichen murinen Xenograft-Modellen untersucht. Zusammenfassend führten wir erstmals einen genomweiten CRISPR-Screen in primären humanen NK-Zellen durch und identifizierten zwei zuvor in NK-Zellen unbeschriebene funktionelle Checkpoints. Die von uns identifizierten Genprogramme besitzen hohe translationale Relevanz, da sie als Grundlage für die Entwicklung neuartiger NK-Zell-basierter Immuntherapeutika mit gesteigerter Wirksamkeit dienen können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Engineering the next generation of CAR-NK immunotherapies. International Journal of Hematology, 114(5), 554-571.
Biederstädt, Alexander & Rezvani, Katayoun
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KIR-based inhibitory CARs overcome CAR-NK cell trogocytosis-mediated fratricide and tumor escape. Nature Medicine, 28(10), 2133-2144.
Li, Ye; Basar, Rafet; Wang, Guohui; Liu, Enli; Moyes, Judy S.; Li, Li; Kerbauy, Lucila N.; Uprety, Nadima; Fathi, Mohsen; Rezvan, Ali; Banerjee, Pinaki P.; Muniz-Feliciano, Luis; Laskowski, Tamara J.; Ensley, Emily; Daher, May; Shanley, Mayra; Mendt, Mayela; Acharya, Sunil; Liu, Bin ... & Rezvani, Katayoun
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Multiplexed engineering and precision gene editing in cellular immunotherapy. Frontiers in Immunology, 13.
Biederstädt, Alexander; Manzar, Gohar Shahwar & Daher, May
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Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy. Nature Reviews Cancer, 22(10), 557-575.
Laskowski, Tamara J.; Biederstädt, Alexander & Rezvani, Katayoun
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How I treat high-risk acute myeloid leukemia using preemptive adoptive cellular immunotherapy. Blood, 141(1), 22-38.
Biederstädt, Alexander & Rezvani, Katayoun
