Indolamin-2,3-Dioxigenase (IDO) induction in T cells as new mechanism of tumor-induced immunosuppression in pancreatic carcinoma
Final Report Abstract
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.
Publications
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