Indolamin-2,3-Dioxigenase (IDO)-Induktion in T-Zellen als neuer Mechanismus tumorinduzierter Immunsuppression im Pankreaskarzinom
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In unserem Projekt konnten wir erstmals die Expression von funktionellem IDO1 in T-Zellen demonstrieren und funktionell charakterisieren. Als Induktoren von IDO1 stellten sich T-Zellrezeptoraktivierung, IL-15 und Typ1 bzw. Typ 2 IFN als potente Stimuli heraus. Diesbezüglich fand sich eine gute Korrelation zwischen murinen und humanen T-Zellen. IDO1 war für maximal 72 Stunden nachweisbar und nach erneuter T-Zellaktivierung nicht reinduzierbar. Anders als in der Eingangshypothese formuliert, scheint es sich bei IDO1 also um einen frühen Marker der T- Zellaktivierung zu handeln. Die enzymatische Aktivität von IDO1 wurde durch eine mit der Expression korrelierende Zunahme der Kynurenin-Konzentrationen im Zellüberstand nach T-Zellaktivierung belegt. Aufgrund der T-Zell-inhibitorischen Funktion könnte IDO1 als negativer Regulator der T- Zellaktivierung dienen, um einer überschießenden Immunantwort, insbesondere nach Erstaktivierung, entgegenzuwirken. Um die funktionelle Bedeutung von IDO1 in T-Zellen in vivo zu charakterisieren, generierten wir eine konditionelle IDO1 Knockout-Maus, in der über CD4-Cre die IDO1 Expression in sämtlichen T-Zellen ausgeknockt ist (Ido1fl/flCD4Cre). In der phänotypischen Analyse zeigten sich keine signifikanten Unterschiede bezüglich der Zusammensetzung der Immunzellen (Milz und Blut), T-Zellaktivierung oder Induktion von T-Zellantworten durch Immunisierung in WT und konditionellen Ido1-/--Mäusen. Um einen potenziellen tumorimmunologischen Effekt zu untersuchen, bedienten wir uns verschiedener syngener Pankreastumormodelle. Auch hier fand sich kein Unterschied bezüglich des Überlebens oder des Immunzellinfiltrats im Tumorgewebe. Letztlich stellten wir uns die Frage, ob die temporäre IDO1-Expression einen Einfluss auf die funktionelle Aktivität von CAR-T-Zellen hat, insbesondere da bei der Generierung ein Aktivierungsschritt über CD3/CD28 sowie IL-15 erfolgt, wodurch effektiv IDO1 induziert wird. Hierzu führten wir Versuche in PancOVA-EpCAM und T11-EpCAM Pankreaskarzinom-Modellen mit EpCAM- spezifischen CAR-T-Zellen durch. Es zeigte sich in beiden Modellen ein signifikant verlängertes Überleben der Tiere, die mit Ido1-/--EpCAM-CAR-T-Zellen behandelt wurden. Die Analyse des Tumorgewebes erbrachte eine erhöhte Anzahl der Ido1-defizienten CAR-T-Zellen. Um den Mechanismus der verbesserten therapeutischen Aktivität zu identifizieren, untersuchten wir zunächst das Proliferationspotenzial und die Zytotoxizität der CAR-T-Zellen in vitro, fanden jedoch keinen signifikanten Unterschied. Auch eine RNA-Seq-basierte Transkriptomanalyse erbrachte keinen wegweisenden Hit. Interessanterweise ergaben metabolische Untersuchungen mittels Seahorse eine deutlich reduzierte oxygen consumption rate (OCR) und extracellular acidification rate (ECAR) in Ido1- /- -T-Zellen als Hinweis auf Änderungen der mitochondrialen Respiration und Glykolyse. Ferner zeigte sich eine verbesserte zelluläre Aufnahme von Fettsäuren als alternative Energiequelle. Möglicherweise könnten diese Effekte im T-Zellmetabolismus zu einer verbesserten Aktivität der Ido1-/- CAR-T-Zellen im hypoxischen Tumormilieu beitragen. Weiterführende Untersuchungen befinden sich derzeit in Planung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dying cells expose a nuclear antigen cross-reacting with anti-PD-1 monoclonal antibodies. Sci Rep. 2018 Jun 11;8(1):8810
Metzger P, Kirchleitner SV, Koenig LM, Hörth C, Kobold S, Endres S, Schnurr M, Duewell P
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41598-018-27125-6) - Homogentisic acid-derived pigment as a biocompatible label for optoacoustic imaging of macrophages. Nat Commun. 2019; 10: 5056
Weidenfeld I, Zakian C, Duewell P, Chmyrov A, Klemm U, Aguirre J, Ntziachristos V, Stiel AC
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41467-019-13041-4) - Immunostimulatory RNA leads to functional reprogramming of myeloid-derived suppressor cells in pancreatic cancer. J Immunother Cancer. 2019 Nov 6;7(1):288
Metzger P, Kirchleitner SV, Kluge M, Koenig LM, Hörth C, Rambuscheck CA, Böhmer D, Ahlfeld J, Kobold S, Friedel CC, Endres S, Schnurr M, Duewell P
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/s40425-019-0778-7) - Pancreatic ductal adenocarcinoma: biological hallmarks, current status, and future perspectives of combined modality treatment approaches. Radiat Oncol. 2019 Aug 8;14(1):141
Orth M, Metzger P, Gerum S, Mayerle J, Schneider G, Belka C, Schnurr M, Lauber K
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/s13014-019-1345-6) - Defective Interfering Genomes and the Full-Length Viral Genome Trigger RIG-I After Infection With Vesicular Stomatitis Virus in a Replication Dependent Manner. Front Immunol. 2021 Apr 30;12:595390
Linder A, Bothe V, Linder N, Schwarzlmueller P, Dahlström F, Bartenhagen C, Dugas M, Pandey D, Thorn-Seshold J, Boehmer DFR, Koenig LM, Kobold S, Schnurr M, Raedler J, Spielmann G, Karimzadeh H, Schmidt A, Endres S, Rothenfusser S
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.3389%2Ffimmu.2021.595390) - RIG-I-based immunotherapy enhances survival in preclinical AML models and sensitizes AML cells to checkpoint blockade. Leukemia. 2020 Apr;34(4):1017-1026
Ruzicka M, Koenig LM, Formisano S, Boehmer DFR, Vick B, Heuer EM, Meinl H, Kocheise L, Zeitlhöfler M, Ahlfeld J, Kobold S, Endres S, Subklewe M, Duewell P, Schnurr M, Jeremias I, Lichtenegger FS, Rothenfusser S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41375-019-0639-x) - Systemic but not MDSC-specific IRF4 deficiency promotes an immunosuppressed tumor microenvironment in a murine pancreatic cancer model. Cancer Immunol Immunother. 2020 Oct;69(10):2101-2112
Metzger P, Kirchleitner SV, Boehmer DFR, Hörth C, Eisele A, Ormanns S, Gunzer M, Lech M, Lauber K, Endres S, Duewell P, Schnurr M, König LM
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00262-020-02605-9) - OAS1/RNase L executes RIG-I ligand-dependent tumor cell apoptosis. Science Immunology 6, eabe2550 (2021)
D.F. R. Boehmer, S. Formisano, C. C. de Oliveira Mann, S. A. Mueller, M. Kluge, P. Metzger, M. Rohlfs, C. Hörth, L. Kocheise, S. F. Lichtenthaler, K.-P. Hopfner, S. Endres, S. Rothenfusser, C. C. Friedel, P. Duewell, M. Schnurr, L. M. Koenig
(Siehe online unter https://doi.org/10.1126/sciimmunol.abe2550) - T cells armed with C-X-C chemokine receptor type 6 enhance adoptive cell therapy for pancreatic tumours. Nat Biomed Eng. 2021 Jun 3
Lesch S, Blumenberg V, Stoiber S, Gottschlich A, Ogonek J, Cadilha BL, Dantes Z, Rataj F, Dorman K, Lutz J, Karches CH, Heise C, Kurzay M, Larimer BM, Grassmann S, Rapp M, Nottebrock A, Kruger S, Tokarew N, Metzger P, Hoerth C, Benmebarek MR, Dhoqina D, Grünmeier R, Seifert M, Oener A, Umut Ö, Joaquina S, Vimeux L, Tran T, Hank T, Baba T, Huynh D, Megens RTA, Janssen KP, Jastroch M, Lamp D, Ruehland S, Di Pilato M, Pruessmann JN, Thomas M, Marr C, Ormanns S, Reischer A, Hristov M, Tartour E, Donnadieu E, Rothenfusser S, Duewell P, König LM, Schnurr M, Subklewe M, Liss AS, Halama N, Reichert M, Mempel TR, Endres S, Kobold S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41551-021-00737-6)
