Diepgaande karakterisering van T cel reactiviteit tegen kanker voor verbeterde immuuntherapie

Achtergrond en probleemstelling:
Immuuntherapieën die pogen de activiteit van intratumorale T cellen te versterken, zoals immuun-checkpoint remmers, hebben een revolutie ontketend in de behandeling van kanker. Desalniettemin reageert het merendeel van de kankerpatiënten (>80%) niet op deze vorm van immuuntherapie, bijvoorbeeld (1) omdat hun tumoren slechts weinig T cellen bevatten op het moment van de behandeling, of (2) omdat, wanneer wel grote aantallen T cellen aanwezig zijn in de tumor, het gros van deze cellen überhaupt niet in staat zijn om de tumor te herkennen. Dit heeft geleid tot onderzoek naar therapieën om de infiltratie van zogenaamde ‘koude’, T cel-arme tumoren door T cellen te verbeteren en naar de precieze biologische eigenschappen van juist die T cellen die in staat zijn de tumor te herkennen. Deze eigenschappen zouden dan gebruikt kunnen worden om deze tumor-specifieke T cellen bijvoorbeeld te isoleren voor toekomstige celtherapieën. Echter, er is nog veel onbekend over de factoren die ten grondslag liggen aan koude en hete tumoren, en de tot nu toe bekende biomarkers voor tumor-specifieke T cellen zijn nog erg onnauwkeurig.

Onderzoeksrichting / voorgestelde oplossing:
Een basisvereiste voor T cellen om bij te dragen aan het doden van tumorcellen is hun migratie tot in het tumorweefsel en de herkenning van antigenen op tumorcellen door hun T cel-receptor (TCR). Toch heeft een gedetailleerde en systematische analyse van de verschillende specificiteiten van tumor-infiltrerende T cellen tot nu toe weinig aandacht gekregen. Het is dan ook onduidelijk of de T cellen die koude, T cel-arme tumoren omringen daadwerkelijk in staat zijn om de tumorcellen te herkennen. Dit is een belangrijke vraag, omdat tumorherkenning door deze T cellen een fundamentele vereiste zal zijn voor de toegevoegde klinische waarde van therapieën die zich richten op het verbeteren van tumor-infiltratie door T cellen. Bovendien, hoewel er tegenwoordig geavanceerde technieken bestaan die de fenotypen van individuele T cellen nauwkeurig in kaart kunnen brengen, is het erg moeilijk gebleken om deze informatie te koppelen aan de precieze specificiteit van dezelfde T cellen. Ik poneer dat het succesvol onderzoeken van deze kwesties nieuwe methoden vereist die in staat zijn om de specificiteiten van T cellen op een ongeëvenaarde schaal te analyseren. Ik heb de technologieën ontwikkeld die dit nu mogelijk maken. 

Onderzoeksvragen:
Mijn doel is om de bovenstaande gaten in onze kennis te dichten, en daarmee ons begrip van de interactie tussen T cellen en tumorcellen te verbeteren, door (1) te onderzoeken of tumorherkennende T cellen veelvuldig of zeldzaam aanwezig zijn onder T cellen die koude tumoren omringen, en (2) de kenmerken te identificeren die tumor-specifieke T cellen onderscheiden van T cellen die niet in staat zijn de tumor te herkennen.

Relevantie:
Dit project zal fundamentele onderzoeksvragen beantwoorden met als doel ons beter in staat te stellen om juist die T cellen te identificeren die belangrijk zijn voor een effectieve immuunrespons tegen kanker. Ik geloof dan ook dat de resultaten van dit onderzoek van belangrijke waarde zullen zijn voor een meer rationele ontwikkeling van nieuwe immuuntherapieën tegen kanker, hetgeen in mijn ogen cruciaal zal zijn voor het verbeteren van de effectiviteit van immuuntherapie en het vergroten van de patiëntpopulatie die baat heeft bij deze vorm van therapie. 

Onderzoeksopzet:
Dit project is opgedeeld in twee werkpakketten (Figuur 1):

WP1: Ik heb een methodologie ontwikkeld die gebruik maakt van genetische TCR libraries om de specificiteiten van grote aantallen T cellen te analyseren. Door dit platform te combineren met de isolatie van TCRs uit individuele T cellen zullen we de fracties van tumor-herkennende T cellen analyseren in een verzameling hete en koude longtumoren. Hiernaast zullen we deze bevindingen koppelen aan een nauwkeurige analyse van de fenotypen van deze T cellen en van het micromilieu van de tumor, teneinde inzicht te krijgen in de factoren die correleren met de geobserveerde aan- of afwezigheid van tumor-specifieke T cellen.

WP2: We zullen de kenmerkende eigenschappen van tumorherkennende T cellen identificeren door de specificiteiten van T cellen uit longtumoren te koppelen aan hun individuele genexpressie profiel. Hiertoe zullen we TCR en RNA sequencing uitvoeren op individuele longtumor-infiltrerende T cellen om vervolgens mijn genetische TCR library-platform te gebruiken om deze T cellen te verdelen in cellen die wel of niet de tumor herkennen. Een signatuur van genactiviteit die nauwkeurig tumor-specifieke T cellen markeert zal dan worden geïdentificeerd door de genexpressie in deze twee groepen in detail te vergelijken met behulp van geavanceerde bioinformatica. De vertaalbaarheid van deze T cel-signatuur naar andere kankertypen zal ten slotte worden getoetst door vergelijkbare analyses uit te voeren in eierstoktumoren en de beide verkregen signaturen te vergelijken.

Verwachte uitkomsten:
Ik verwacht dat de resultaten van dit project niet alleen ons fundamenteel begrip van T cel-reactiviteit tegen kanker zullen vergroten, maar ook een basis kunnen vormen voor de meer rationele ontwikkeling van immuuntherapieën die de anti-tumor activiteit van T cellen substantieel beter benutten.