Entwicklung sicherer theranostischer CAR-T-Zellen mit einem neuartigen Zytokin-Sensor-abhängigen therapeutischen Genschalter

• Antragstellerin: Dr. Ayse Nur Menevse
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525007351

Die Entwicklung von CAR (chimäre Antigenrezeptoren)-T-Zellen hat die Krebsimmuntherapie revolutioniert. Trotz des klinischen Erfolgs gegenüber B-Zell-Malignomen bleiben weitere Hürden bestehen, wie z. B. die schlechte Tumorinfiltration, die eingeschränkte Persistenz und Wirksamkeit bei soliden Tumoren sowie schwere Toxizitäten wie das Zytokinfreisetzungssyndrom (CRS). Desweiteren sind CAR-T-Zellen bisher auf Oberflächenantigene ausgerichtet, während lösliche Antigene die CAR-Signalübertragung nicht aktivieren können. Um die Wirksamkeit von CAR-T-Zellen zu verbessern, wurden TRUCKs konstruiert, welche ein beliebiges therapeutisches Transgen exprimieren. Allerdings kann die tonische CAR-Signalisierung zu einer unkoordinierten Expression des Transgens führen und dadurch die Toxizität erhöhen. Daher wird ein neuartiges, flexibles Werkzeug der synthetischen Biologie benötigt, um theranostische CAR-T-Zellen umzuprogrammieren. Diese sind in der Lage, die dynamischen Veränderungen in der Mikroumgebung des Tumors zu erfassen und entsprechend den therapeutischen Erfordernissen in einer streng kontrollierten Weise zu reagieren. Die von Prof. Fusseneggers Gruppe entwickelte GEMS-Plattform (Generalized Extracellular Molecule Sensor) ermöglicht es, chimäre Sensoren auf vielseitige Weise zu entwickeln, indem jede zielbindende Domäne mit verschiedenen Signaltransduktionsdomänen ausgetauscht wird. GEMS können so konstruiert werden, dass sie beliebige krankheitsassoziierte lösliche Faktoren erkennen und mit der Expression beliebiger therapeutischer Transgene reagieren. Aus diesem Grund ist die GEMS-Plattform ein wertvolles Instrument, um CAR-T-Zellen mit neuen Funktionen auszustatten. In diesem Projekt möchte ich das Potenzial der GEMS-Plattform ausschöpfen, um die zelluläre Immuntherapie zu verbessern. Zum ersten Mal werden CAR-T-Zellen so programmiert, dass sie GEMS exprimieren, die in der Lage sind, CRS-assoziierte MCP-1- und IL-6-Spiegel mit AND-Gate-Logik zu überwachen. Seriell verknüpfte rezeptorbasierte synthetische Signalschaltkreise werden die Aktivierung der CAR-T-Zellen als Input nutzen, um die Expression des ersten Sensors (GEMSMCP1) zu induzieren. Nur in Gegenwart von MCP-1 exprimieren die manipulierten CAR-T-Zellen den zweiten Sensor (GEMSIL6), der wiederum die Expression eines Suizidgens und damit die Apoptose auslöst. Um die Einschränkungen der derzeit klinisch verwendeten Suizidgene zu überwinden, möchte ich eine modifizierte Form von DNASE1L3 (eDNASE1L3) als neues Suizidgen entwickeln. Darüber hinaus werde ich andere Transgene testen, wie z. B. eine shRNA/miRNA oder neutralisierende scFVs. Diese zielen auf TNFα und IFNγ ab, um möglicherweise CRS-assoziierte Toxizitäten zu reduzieren, ohne CAR-T-Zellen zu eliminieren. Dieses Projekt wird ein Proof-of-Concept für die Programmierung von theranostischen CAR-T-Zellen unter Verwendung von GEMS als Zytokin-Sensoren und Treiber der therapeutischen Transgen-Expression sein.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Martin Fussenegger