Forschungsschwerpunkt

Hintergrund

Das Immunsystem ist auf die Abwehr von Pathogenen spezialisiert. Auch die Eliminierung von Tumorzellen gehört zur Aufgabe des Immunsystems. Hierbei gilt es die richtige Balance zwischen Vermeidung von Autoimmunität und Pathogenabwehr zu finden. Das angeborene Immunsystem verfügt dazu über sogenannte pattern recognition receptors (PRR), wodurch in der Folge auch das erworbene Immunsystem aktiviert werden kann. Tumore entwickeln häufig Mechanismen, um der Erkennung durch das Immunsystem zu entgehen. Das Pankreaskarzinom zeichnet sich beispielsweise durch ein stark immunsuppressives Tumormilieu aus. Die primären Ziele der Tumorimmuntherapie sind das Erreichen einer Tumorzell-spezifischen Immunantwort, zum Beispiel mit Hilfe einer Vakzinierung, sowie die Unterdrückung der tumorinduzierten Immunsuppression. Das Cancer Vaccine Lab beschäftigt sich mit beiden Ansätzen, um innovative, synergistisch-wirkende Therapien zu entwickeln. Folgende Schwerpunkte werden derzeit von uns bearbeitet:

 

Spezifische Ziele

Unterbrechung der tumorinduzierten Immunsuppression

Tumore schaffen sich durch die Rekrutierung regulatorischer Zellen sowie durch die Sezernierung immunsuppressiver Faktoren wie TGF-β ein immunsuppressives Milieu. Die Durchbrechung dieser Mechanismen bearbeiten wir in unterschiedlichen Projekten. So kann beispielweise über die Verwendung einer synthetischen 5´-Triphosphat-RNA (3p-RNA) oder doppelsträngiger RNA (poly(I:C)) eine virale Infektion simuliert werden. Zytosolische RNA-Rezeptoren sind die Helikasen retinoic acid-inducible gene I (RIG-I) und melanoma differentiation antigen 5 (MDA-5), die ubiquitär in gesundem Gewebe, aber auch in Tumorzellen, exprimiert werden. Die Aktivierung von RIG-I bzw. MDA-5 führt zur Ausschüttung von Typ I Interferon sowie zur Auslösung eines immunogenen Zelltods (Duewell et al., 2014; Schnurr and Duewell, 2013). Wir konnten zeigen, dass eine bifunktionelle ppp-siRNA gegen TGF-β, die sowohl die Aktivierung von RIG-I als auch RNAi-abhängiges gene silencing von TGF-β verbindet, zu einem verlängerten Überleben bei Mäusen mit Pankreaskarzinom führt (Ellermeier et al., 2013). Kürzlich konnte gezeigt werden, dass die RIG-I-basierte Immuntherapie auch in der Lage ist, immunsuppressive Zellpopulationen wie myeloide Suppressorzellen (MDSC) in ihrer Zahl zu reduzieren und ihre Funktion einzuschränken (Metzger, Kirchleitner et al., 2019). Zytosolische Helikasen sind daher vielversprechende Zielstrukturen in der Tumortherapie. Weitere Projekte unserer Arbeitsgruppe beschäftigen sich mit dem Einsatz der bifunktionellen ppp-RNA-Technologie in zusätzlichen Tumorentitäten wie dem hepatozellulären Karzinom und der akuten myeloiden Leukemie (Ruzicka, König et al. 2019). Des Weiteren untersuchen wir potentielle additive oder synergistische Effekte einer Kombinationstherapie mit Immuncheckpoint-Inhibitoren oder Bestrahlung.

 

Mechanismen der Rekrutierung von myeloiden Suppressor-Zellen (MDSC) im Pankreaskarzinom

Immuntherapien basierend auf Checkpoint-Inhibitoren, wie anti-PD-1 und anti-CTLA-4 Antikörpern, haben in den letzten Jahren die Tumortherapie revolutioniert und besonders beim Melanom und Lungenkrebs konnte das Überleben der Patienten signifikant verbessert werden. Beide Tumorentitäten zeichnen sich durch eine relative hohe Mutationsrate und eine Infiltration von Immunzellen in das Tumorgewebes aus, die durch die Gabe von Checkpoint-Inhibitoren aktiviert werden können. Im Vergleich dazu zeigten Studien beim Pankreaskarzinom, dass Checkpoint-Inhibitoren oder mit therapeutischen Impfungen keine Verbesserung des Überlebens bewirken. Als Gründe hierfür werden die geringe Anzahl von Tumorneoantigenen, die geringe T-Zell-Infiltration und das immunsuppressive Mikroenvironment im Tumor angeführt. Insbesondere tragen sogenannte myeloide Suppressor-Zellen (myeloid-derived suppressor cells, MDSC) zum immunsuppressiven Milieu des Tumors bei. Durch vom Tumorgewebe sezernierte Faktoren expandieren diese Zellpopulationen in Tumorpatienten und werden in das Tumorgewebe rekrutiert, wo sie die Immunantwort gegen die Tumorzellen inhibieren und das Tumorwachstum fördern. Ziel unserer Forschung ist es, Mechanismen der Differenzierung und Rekrutierung von MDSC zu verstehen und diese therapeutisch zu blockieren.

 

Zielgerichteten Therapie mit Nukleinsäuren

Nach wie vor stellt die Tumorzell-spezifische Einschleusung von RNA-Therapeutika ein zentrales Hindernis dar. Basierend auf der Nanopartikelstrategie untersuchen wir die zielgerichtete Tumortherapie durch RIG-I Liganden mit Hilfe von VLPs in Kooperation mit dem Deutschen Primatenzentrum in Göttingen (Dr. Jens Gruber, Junior Research Group “Medical RNA Biology”). VLPs können mit unterschiedlichem Inhalt beladen werden, wie zum Beispiel small molecules oder auch immunstimulierender RNA oder DNA. Des Weiteren können VLPs mit Immunglobulinen versehen werden, um zielgerichtet bestimmte Gewebearten oder Zelltypen zu erreichen. Eines unserer Projekte hat zum Ziel, zellspezifisch das Mikromilieu beim Pankreaskarzinom zu beeinflussen.

 

Referenzen (ausgewählt):

Duewell P, Steger A, Lohr H, Bourhis H, Hoelz H, Kirchleitner SV, Stieg MR, Grassmann S, Kobold S, Siveke JT, Endres S, Schnurr M. RIG-I-like helicases induce immunogenic cell death of pancreatic cancer cells and sensitize tumors toward killing by CD8(+) T cells.

Cell Death Differ. 2014 Dec;21(12):1825-37.

 

Ellermeier J, Wei J, Duewell P, Hoves S, Stieg MR, Adunka T, Noerenberg D, Anders HJ, Mayr D, Poeck H, Hartmann G, Endres S, Schnurr M. Therapeutic efficacy of bifunctional siRNA combining TGF-β1 silencing with RIG-I activation in pancreatic cancer.

Cancer Res. 2013 Mar 15;73(6):1709-20

 

Mike W. Helms, Kerstin Jahn-Hofmann, Felix Gnerlich, Christiane Metz-Weidmann,  Monika Braun, Gabriele Dietert, Kaj Grandien, Joachim Theilhaber, Hui Cao, Tim Wagenaar, Max Schnurr, Stefan Endres, Dmitri Wiederschain, Sabine Scheidler, Simon Rothenfusser, Bodo Brunner, Lars M. König. Utility of the natural RIG-I agonist triphosphate RNA for melanoma therapy.

Molecular Cancer Therapeutics. 2019. DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-18-1262

 

Michael Ruzicka*, Lars M. König*, Simone Formisano, Binje Vick, Eva-M. Heuer, Hanna Meinl, Lorenz Kocheise, Marcus Zeitlhöfler, Julia Ahlfeld, Sebastian Kobold, Stefan Endres, Marion Subklewe, Max Schnurr, Irmela Jeremias, Felix S. Lichtenegger* and Simon Rothenfusser*. RIG-I-based immunotherapy enhances survival in preclinical AML models and sensitizes AML cells to checkpoint blockade.   * geteilte Autorenschaft

Leukemia 2019 (accepted)

 

Philipp Metzger, Sabrina Kirchleitner, Lars M. König, Christine Hörth, Sebastian Kobold, Stefan Endres, Max Schnurr, and Peter Duewell. Dying cells expose a nuclear antigen cross-reacting with anti-PD-1 monoclonal antibodies.

Scientific Reports, Vol. 8, 8810 (2018).

 

Philipp Metzger*, Sabrina Kirchleitner*, Michael Kluge, Lars M. König, Christine Hörth, Daniel Böhmer, Julia Ahlfeld, Sebastian Kobold, Caroline Friedel, Stefan Endres, Max Schnurr, and Peter Duewell. Suppressive function of MDSC is under bidirectional control of intrinsic and immunotherapy-induced type I IFN in pancreatic cancer. * geteilte Autorenschaft

Journal for Immunotherapy of Cancer 2019 (accepted)