Het benutten van de tumor immuno-micro-omgeving in het kader van pro-senescentie therapie: een nieuwe therapeutische benadering voor leverkanker.

Probleembeschrijving
Ondanks de geleidelijke afname in mortaliteit van de meeste kanker types, is zowel incidentie als sterfgevallen voor hepatocellulair carcinoom (HCC), de meest voorkomende vorm van leverkanker, aanzienlijk toegenomen.Met jaarlijks bijna een miljoen nieuwe vastgestelde diagnoses wereldwijd, is HCC een groot gezondheidsprobleem, het is de derde belangrijkste en tevens snelst groeiende doodoorzaak door kanker.
Vanwege het gebrek aan doelgerichte therapie tegen terugkerende mutaties, zijn breedspectrum kinase-remmers zoals Sorafenib en Lenvatinib de enige therapeutische opties voor behandeling van HCC-patiënten in vergevorderd stadium en bieden alleen een beperkt overlevingsvoordeel. Immuun checkpoint remmers hebben veelbelovende, maar bescheiden resultaten opgeleverd voor tweedelijnsbehandeling in Sorafenib-resistente, gevorderde HCC-patiënten. De toenemende incidentie van HCC en het gebrek aan effectieve behandelingsresponses benadrukken dus de dringende noodzaak om nieuwe strategieën in combinatietherapieën te evalueren. Vooral de combinaties met de momenteel beperkte maar opkomende potentie van immuun checkpoint remmers bieden perspectief. 

Onderzoeksrichting / oplossing
In de afgelopen jaren zijn zowel de intrinsieke als extrinsieke verworven eigenschappen van leverkanker onderzocht om manieren te ontwikkelen om HCC beter te kunnen behandelen. Ik heb aangetoond dat cellulaire senescentie, een exploiteerbaar biologisch proces dat zowel cel-autonome als niet-cel-autonome kenmerken van levertumorcellen reguleert, uitgebuit kan worden in anti-kankertherapie (Wang *, Vegna * et al, Nature 2019). Oorspronkelijk beschreven als een tumorsuppressie mechanisme dat de proliferatie van pre-maligne cellen voorkomt, heeft senescentie ook invloed op de compositie van de tumor-micro-omgeving (TMO) via het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype de zogenaamde “SASP”. Rekrutering van immuuncellen door “SASP” afkomstige cytokinen kan de opruiming van senescente cellen in een specifieke context tot stand brengen, of kan juist de pro-tumorigene rol van immuuncellen in de TMO bevorderen. Met mijn opgedane kennis over de centrale rol van inflammatie tijdens het verloop van HCC-maligniteit, stel ik voor dat het opwekken van een senescentie-respons niet alleen een tumor-intrinsieke kwetsbaarheid in kankercellen zal blootstellen, maar ook de TMO zal herprogrammeren, wat mogelijk kan dienen als nieuwe anti-kanker strategie in HCC.
In de loop van deze Young Investigator Grant wil ik voortbouwen op mijn expertise over de intrinsieke en extrinsieke eigenschappen van senescentie om therapeutische strategieën te ontwikkelen die senescentie induceren in HCC van verschillende genetische achtergronden, in combinatie met specifieke immuuncel modulering. In deze strategieën zullen de cel-autonome (proliferatie remming) en niet-cel-autonome (omvorming van de TMO door immuuncellen) gevolgen van senescentie worden benut, terwijl tegelijkertijd het nadelige effect van dit cellulaire proces in de TMO zal worden gecontroleerd.

Doel / hypothese:
De centrale doelstelling van dit voorstel is het verkennen van het therapeutische potentieel van verschillende pro-senescentie therapieën in combinatie met immunomodulatie middelen voor de behandeling van gevorderde HCC. Ik stel voor dat door het begrijpen van de totstandkoming van ”SASP”-inductie door verschillende senescentie-inducerende therapieën (SIT) en door het benutten van de dynamische gevolgen hiervan op de interacties tussen senescente kankercellen en immuunsysteem een effectieve anti-kanker therapie kan worden gevormd. We streven naar 1) het bepalen van de gevolgen van verschillende SIT bij het vormgeven van de TMO van genetisch verschillende HCC-muismodellen; 2) de mechanismen identificeren van “SASP”-gemedieerde immunomodulatie en 3) het effect van pro-senescentie-therapieën versterken op een SIT- en genetische achtergrond-afhankelijke manier. Mijn expertise in de lever TMO in combinatie met de modernste HCC-modellen die ik in het Akkari-lab heb ontwikkeld, zullen belangrijke middelen zijn om het volledige potentieel van senescentie zorgvuldig te kunnen onderzoeken als een nieuwe therapeutische strategie in combinatie met immunomodulatie in HCC.

Plan van onderzoek:

Doelstelling 1: het bestuderen van de gevolgen van verschillende SIT's bij het vormgeven van de levertumor micro-omgeving
Twee pro-senescente therapieën, die momenteel worden onderzocht als behandelingen tegen kanker, zullen in ons project worden gebruikt. Deze middelen bestaan ​​uit kleine molecuulremmers die gericht zijn op ofwel het Cdc7-kinase (XL413), ofwel de aurora-kinase-familie (Alisertib) (zie ondersteuningsbrief van Pr Rene Bernards). Om de effecten van deze pro-senescentie-therapieën op de lever-TME te ontrafelen, zullen we profiteren van de genetisch verschillende somatische HCC-modellen die in het Akkari-laboratorium zijn gegenereerd en van het gerenommeerd muismodel van senescentie “p16 -3MR” transgene muizen (zie ondersteuningsbrief van Dr. Demaria). 

We zullen deze modellen gebruiken om pro-SIT-afhankelijkheid van specifieke HCC-genetische achtergrond te identificeren, om de inductie van senescentie in kankercellen te maximaliseren. Analyse van de immuun micro-omgeving in HCC behandeld met verschillende SIT zal bepalen welke immuun cel populaties betrokken zijn bij verschillende SIT in een kankercel genetische-afhankelijke context.

Doelstelling 2: Identificeer de mechanismen van door “SASP” gemedieerde immunomodulatie
We zullen de moleculaire mechanismen bestuderen die ten grondslag liggen aan senescente kankercellen en de wederzijdse communicatie van immuuncellen, met bijzondere aandacht voor verschillende SIT-geïnduceerde SASP's die de rekrutering en activering van immuuncellen mediëren. Met behulp van het p16-3MR-model dat genetisch verschillende HCC draagt, worden senescente cellen en immuuncellen geïsoleerd om genexpressie analyse uit te voeren in combinatie met cytokineprofilering. Deze resultante zullen de moleculaire spelers identificeren die ten grondslag liggen aan de communicatie tussen senescente kankercellen en het immuunsysteem.

Doelstelling 3: Het effect van pro-senescentie therapieën versterken op een SIT- en genetische achtergrond-afhankelijke manier
In deze doelstelling zal gebruik worden gemaakt van de resultaten uit de vorige doelstellingen om nieuwe therapeutische strategieën op te zetten op basis van SIT in combinatie met nauwkeurige immuun modulatie.Mijn voorlopige resultaten tonen inderdaad aan dat verschillende immuuncellen worden geactiveerd door de blokkade van Cdc7 of Alisertib behandeling. Ik stel voor om “immunosurveillance” te stimuleren om de opruiming van senescente cellen en de therapeutische respons te verbeteren. Resultaten gegenereerd in Doelstellingen 1 en 2 zullen de precieze definitie en tijdsinterval van specifieke immuuncellen populatie te verfijnen om de immuun cellen te moduleren tijdens Cdc7- of Alisertib-behandeling om het effect van SIT in HCC te versterken.

Verwachte uitkomst
Dit project zal complexe interacties tussen senescente cellen en de tumor immuno micro-omgeving ontrafelen, met als overkoepelend doel om nieuwe combinatie strategieën te ontwikkelen en tegelijkertijd de antitumorcapaciteit van de immuunmicro-omgeving te benutten.