Hoe Notch effectieve cytotoxische T cellen tegen kanker helpt te maken

Probleem

Veel vormen van kanker kunnen, met name na uitzaaiing, nog steeds slecht worden genezen. Zo ligt de kans op vijfjarige overleving voor een patient met uitgezaaide longkanker of melanoom onder de twintig procent. Immunotherapie met behulp van T lymfocyten biedt echter nieuwe kansen en is al bewezen effectief in bepaalde groepen patienten. Om immunotherapie bij meer patienten te laten aanslaan, moeten we het volgende probleem oplossen: Er worden door de patient niet altijd voldoende T cellen aangemaakt die de tumor kunnen herkennen. De T cellen die dat kunnen worden in de tumor bovendien vaak uitgeschakeld. Vaccinatie zou het aantal T cellen dat de tumor aan kan vallen kunnen verhogen en kan bepalend zijn voor de effectiviteit van de T cellen. Vaccins hebben weinig schadelijke bij-effecten en zijn relatief goedkoop. Op dit moment werken vaccins tegen kanker nog niet goed. Daarnaast zijn we nog niet goed in staat om T cellen actief te houden zodra ze in de tumor zitten.

Achtergrond

De cytotoxische CD8 T lymfocyt (CTL) kan kankercellen specifiek herkennen en doden en staat daarom centraal in kanker immunotherapie. Om goede tumor-dodende CTLs op te wekken moeten CD8 T cellen moleculaire instructies krijgen tijdens hun activatie. Het leveren van die instructies verloopt via een ingewikkeld proces, waarbij verschillende immuuncellen betrokken zijn. Een daarvan, de CD4 T cel, staat bekend als de "helper" T cel, omdat hij andere immuuncellen helpt hun functies uit te oefenen. Wij hebben recent aangetoond dat hulp van CD4 T cellen activeert aan CTLs alle belangrijke eigenschappen geeft, die nodig zijn om solide tumoren af te stoten. Wij denken dat de therapeutische vaccinatie nu nog niet effectief is, omdat we niet weten hoe we vaccins effectief de “hulp” aan CD8 T cellen kunnen laten afleveren. 

Oplossing

Als we zouden weten hoe precies de “hulp” signalen door de CD4 T cel aan de CD8 T cel gegeven worden, zouden we de vaccinatie strategie daarop aan kunnen passen. Zo zouden we de hulp aan CD8 T cellen kunnen versterken door de relevante signalen direct aan de CD8 T cellen te leveren. We hebben aangetoond dat een belangrijk signaal loopt via het molecuul CD27, een receptor op het oppervlak van CD8 T cellen. Antistoffen, die deze receptor activeren, worden dankzij ons werk inmiddels als immunotherapie getest in klinische studies bij patienten met solide tumoren. Ons recente werk geeft aan dat nog een ander signaal ook nodig  dat via Notch receptoren loopt. In dit project zullen we de hypothese testen dat Notch samen met CD27 verantwoordelijk is voor de CD4 T cel hulp aan CD8 T cellen.Verder zullen we onderzoeken of doelbewuste activatie van de Notch receptor, alleen of samen met CD27 activatie, de effectiviteit van therapeutische vaccins zodanig kan verhogen dat solide tumoren beter worden opgeruimd. Tenslotte zullen we testen of deze receptoren CD8 T cellen ook in staat zijn om te voorkomen dat T cellen in de tumoren worden afgeschakeld.

Studieopzet

We zullen gebruik maken van een vaccinatie strategie die ontworpen is voor gebruik in mensen met kanker, maar ook toegepast kan worden in de muis om mechanistische studies mee te doen. We vergelijken de situatie waarin door het vaccin alleen CD8 T cellen worden aangezet (leidend tot “hulpeloze” CTL), of CD8 cellen zowel als CD4 T cellen (leidend tot “geholpen” CTL). Dit systeem hebben we al eerder gebruikt om aan te tonen dat hulp van CD4 T cellen nodig is voor het aanmaken van goede tumor-afstotende CD8 T cellen. Voorts hebben we met dit model in kaart gebracht welke functies en genen in CD8 T cellen geactiveerd worden door CD4 T cel hulp. Met dit model zullen we nu onze centrale hypothese testen dat hulp van CD4 T cellen leidt tot activatie van Notch receptoren op CD8 T cellen en dat deze receptoren er vervolgens voor zorgen dat de CD8 T cellen optimaal functionerende CTLs worden. Wij zullen in het project een aantal hypotheses testen om het belang van Notch signalering in “hulp” voor de CTL respons te verifieren: 1) Functies die door Notch worden aangezet zijn afhankelijk van CD4 T cel hulp. 2) Het ontbreken van CD4 T cel hulp moet (tenminste voor een deel) gecompenseerd kunnen worden door de Notch receptor op CD8 T cellen doelbewust te activeren. 3) Notch werkt samen met CD27, gedurende T cel activatie in lymfoide organen, maar 4) kan ook worden aangezet in T cellen die al in tumoren zitten en voorkomen dat deze cellen worden afgeschakeld. We zullen deze hypotheses toetsen in muismodellen, waarin heel specifiek bepaalde moleculen kunnen worden uitgeschakeld (zoals bijvoorbeeld Notch) en met behulp van humane T cellen in hun respons tegen melanoom (huidkanker).

Als onze hypotheses correct blijken, zal dit een goede basis zijn om methodes te ontwikkelen waarmee Notch signalen aan T cellen kunnen worden gegeven om betere T cel-gemedieerde afstoting van kanker in patienten te verkrijgen. Dit kan bijvoorbeeld door stimulatie van Notch in te bouwen in vaccins, bijvoorbeeld met behulp van bispecifieke antistoffen gericht tegen CD27 en Notch. Notch activatie zou bovendien kunnen helpen om, in vitro, potentere tumor-reactieve T cellen te maken (zoals CAR T cellen), die vervolgens aan patienten worden toegediend. Tenslotte zou Notch genetisch geactiveerd kunnen worden in tumor-reactieve T cellen, zodat het signaal actief blijft in deze cellen als ze in de tumor zitten. Voor het ontwikkelen van dergelijke methoden zal een vervolgaanvraag worden ingediend.