TUMOR IMMUNOLÓGIA

FÜGGETLEN AZ IMMUNRENDSZERTŐL TUMOROK TÖBB MINT 100 ELTÉRŐ TUMOR TÍPUS SOK LÉPÉSES TUMOR KIALAKULÁS (TUMORIGENESIS) A TUMOR GENOM DINAMIKUS VÁLTOZÁSA Genetikai instabilitás Onkogének – domináns funkció szerzéses változás ‘gain of function’ Tumor szuppresszor gének – recesszív funkció vesztéses változás ‘loss of function’ PROGRESSZÍV TRANSZFORMÁCIÓ Pre-malignus Malignus Metasztázis képesség SZÁMOS KORLÁTOZÓ ÉS GÁTLÓ ELLENŐRZÉSI PONT Növekedési előny Szelekció REGULÁCIÓS KÖRÖK Belső, sejt autonóm reguláló mechanizmusok Mikrokörnyezeti hatások FÜGGETLEN AZ IMMUNRENDSZERTŐL

ONKOGÉNEK AKTIVÁCIÓJA TUMOR SZUPRESSZOR GÉNEK TUMORIGENEZIS Genetikai betegség, bármely szövet típust érintheti, monoklonális eredet ONKOGÉNEK AKTIVÁCIÓJA TUMOR SZUPRESSZOR GÉNEK INAKTIVÁCIÓJA Tumor sejt Szöveti sejt Önálló növekedési faktor szignálok Érzéketlenség a növekedést gátló faktorokkal szemben Apoptózis elkerülése Korlátlan szaporodó képesség Folyamatos angiogenezis Szöveti migráció és metasztázis SZERZETT SAJÁTSÁGOK Ismert szabályozásai útvonalak károsodása Az immunrendszer számára felismerhető közös tumor-asszociált antigének (TAA) és egyedi tumor- specifikus antigének (TSA) jelennek meg POTENCIÁLIS IMMUNTERÁPIÁS CÉLPONT Hanahan D és Weinberg RA 2000 Cell

A TUMOR SEJTEKBEN FELBORULT KÖZÖS MOLEKULÁRIS ÚTVONALAK BAX p53 p14ARF Rb Apoptózis TCF4 BAD Hypoxia-inducible transcription factor HIF1 GLI PI3K ANGIOGENEZIS Glioma-associated oncogene Phosphoinositide 3-kinase WNT APC SMAD RAS:GTP ERK RTK Adenomatous polyposis coil TGFβ E-cadherin RTK - receptor tyrosine kinase Vogelstein B és Kinzler WK 2004 Nat Med

Az immunrendszer reakciója TERMÉSZETES/SZERZETT IMMUNITÁS A tumor képződés „multi-hit” modelje Az immunrendszer reakciója TOLERANCIA Normál epitel sejtek 2 APC mutáció Örökletes Adenomás polip 1 Ras mutáció FELISMERÉS Tumor antigének Egyedi TSA Közös TAA CEA Adenomás polip 2 p53 mutáció Colon carcinoma Kromoszóma transzlokáció IMMUNVÁLASZ VESZÉLY TERMÉSZETES/SZERZETT IMMUNITÁS TOLERANCIA Metasztatizáló colon carcinoma Knudson A.G. 2001

CERVIKÁLIS EPITÉLIUM GÉGECSŐ EPITÉLIUM metaplasztikus lapos normal lapos normal Diszplasztikus lapos A neoplázia első lépése a sejtes transzformáció. A normál epitélium metapláziáját lapos epitéliummá a dohányzás okozta krónikus irritáció váltja ki. A neoplázia következő lépése. A normál cervikális lapos epitélium diszplasztikus lapos epitéliummá válik. A diszplázia kóros növekedésű epitélium, de megfordítható folyamat. A sejtes transzformációt (neoplázia) potenciálisan visszafordítható folyamatok előzik meg: Metaplázia: a normál epitélium kicserélődése egy másfajta epitéliummá. A kiváltó ok megszűnésével visszafordítható. Diszplázia: az epitélium rendezetlen növekedése és érése, ami szintén visszafordítható a kiváltó ok megszüntetésekor.

A TUMOR ELLENES IMMUNVÁLASZ Rejtőzködő, változó, osztódó és fejlődő célpont Immun „surveillence” Kevés nem-saját antigen Kevéssé immunogén B és T limfociták ismerik fel Tolerancia kiváltása Tumor antigének léteznek Elsősorban T limfociták ismerik fel Nincs veszély jel, nem megfelelő prezentáció TUMOR ANTIGÉNEK Tumor asszociált antigének – TA Normál sejtekben is megjelennek Aberrált/másként regulált kifejeződés a tumor sejtekben Tumor specifikus antigének – TSA Egyedi vagy tumor típusokra jellemző IMMUNRENDSZER Tumor-specifikus immunválasz kiváltható A citotoxikus T limfociták képesek a tumorok kiirtására

A TUMOR ANTIGÉNEK SZERKEZETE ÉS EREDETE MUTÁLT ONKOGÉNEK ÉS TUMOR SZUPPRESSZOR GÉNEK Részt vesznek a transzformációban Citoszólikus új detrminánsok – nem elsődleges célpontok Celluláris proto-onkogének  onkogének Ras, p53, Abl Pont mutációk, deléció, kromoszóma transzlokáció, virális gén inszerció MÁS MUTÁLT GÉNEK – nem szükséges a transzformációhoz A gazdasejt celluláris fehérjéi random mutációval képződő peptidjei Egyedi tumor specifikus transzplantációs antigének TSTA KÓROSAN TÚL EXPRESSZÁLT NORMAL SEJT FEHÉRJÉK Alacsony/ritka expresszió a normál sejtekben – az immunrendszer ignorálja A korai sejt fejlődés során expresszálódik – az immunrendszer ignorálja ONKOGÉN VÍRUSOK ÁLTAL KÓDOLT TUMOR ANTIGÉNEK Immunogén, közös virális fehérjék DNS vírusok – Papova, Herpes, Papilloma RNS vírusok – Retrovírusok HTLV ONKOFETALIS ANTIGÉNEK A fejlődés során gátlódik a kifejeződésük  tumor sejtekben felszabadult gátlás Tumor markerek – karcinoembrionális antigének CEA, karcinoma specifikus Alfa-fetoprotein AFP, hepatocelluláris karcinoma MEGVÁLTOZOTT GLIKOLIPIDEK Gangliozid, vércsoporthoz kapcsolódó szénhidrátok, mucin SZÖVET SPECIFIKUS DIFFERENCIÁCIÓS ANTIGÉNEK CD10/CALLA Common Acute Lymphoid Leukemia Antigen Melanoma antigének

MENEKÜLŐ TUMOR SEJT VAIÁNSOK ELTÁVOLÍTÁS Immunsurveillence EGYENSÚLY MENEKÜLÉS macrophage DS NK/γδ CD4/CD8 NK/γδ CD4/CD8 METASTASIS MENEKÜLŐ TUMOR SEJT VAIÁNSOK macrophage DS Genetic instability Immune selection VÉDELEM Treg cells TUMOR CD8

A TUMOR SEJTEK ÉS SZÖVETEK MENEKÜLÉSI MECHANIZMUSAI TUMOR ANTIGÉNEK Oldott tumor antigének – gátolják a felismerést a sejtfelszínen Antigén moduláció – ellenanyag függő internalizáció Elfedés (masking) – az ellenanyag kötődés hatására nincs effektor funkció Kis immunogenitás – pozitív szelekció, növekedési előny Peptid antigének – a mutáció a Tc vagy Th epitópokat érinti ANTIGÉN PREZENTÁCIÓ Direkt prezentáció – nem hivatásos APC, nincs MHC II, nincs kostimuláció Indirect prezentáció – hivatásos APC, oldott CD40 és CD40 ligand gátol CITOTOXIKUS T SEJT AKTIVITÁS MHC – mutáció, megváltozott intracelluláris transzport, β2m, lokusz, allél Peptid ellátás – mutáció, tumor eredetű peptidek nem prezentálódnak, TAP APOPTÓZIS Oldott Fas – gátolja a Fas ligand-mediált apoptózist TUMOR EREDETŰ GÁTLÓ FAKTOROK TGFβ – G1 blokk, gátolja a tumor növekedést az érzékeny sejtekben  a tumorok elvesztik a TGFβ receptort TGFβ gátolja az immun sejtek aktivációját PGE2 – immun szuppresszív TUMOR EREDETŰ POTENCIÁLÓ FAKTOROK Angiogenezis faktorok – a tumor maga vagy immunsejtek termelik

AZ I TÍPUSÚ MHC MOLEKULÁK EXPRESSZIÓJA TUMOR SEJTEK FELSZÍNÉN Az MHC I expresszió változása akkor következik be, amikor az in situ karcinómák (cervix, colon, breast és larynx) invazívvá válnak és metasztázisokat képeznek. MELANOMA LÉZIÓK ÉS SEJTVONALAK Szövet minta Sejtvonal HLA I determináns Primer tumor Metasztázis Monomorf 66/414 16% 287/495 58% 4/13 31% Lokusz specifikus 1/10 10% 10/14 71% 10/22 45% Allél specifikus 9/36 25% 12/39 3/24 13%

A HATÉKONY TUMOR ELLENES IMMUNVÁLASZ KIVÁLTÁSÁNAK FOLYAMATA APOPTÓTIKUS TUMOR SEJT Tumor Ag IL-2 IL-4 IFN CROSS PRIMING

A T SEJTES IMMUNVÁLASZ KÖVETKEZMÉNYEI A citotoxikus T-limfociták felismerik és körülveszik a tumorsejteket Az aktivált citotoxikus T-limfociták elpusztítják a tumorsejteket

A TUMOR ELLENES TOLERANCIA KIVÁLTÁSA SIGNAL 1Tumor antigen IGEN SIGNAL 2Tumor cell NEM Activated APC IGEN/NEM SIGNAL 3Natural immunity IGEN/NEM Inflammation NEM NINCS GYULLADÁS ÉS IL-12 TERMELÉS APOPTÓTIKUS TUMOR SEJT Ag

KROMOSZÓMA TRANSZLOKÁCIÓK LIMFOID ÉS MIELOID TUMOROKBAN Tumor típus Kromoszóma transzlokáció (t) A transzlokációban résztvevő gének B sejt eredetű Burkitt limfóma t(8:14), t(2:8), t(8:22) c-myc on Chr 8 c-myc, Igh, IgL (/) fokozott Myc aktivitás Akut limfoblasztos pre-B sejt leukémia (pre-B-ALL) t(12:21) (a gyerekkori esetek 25%-a) AML1 - Chr21 TEL1 - Chr12 ET0 - Chr8 Transzkripciós faktorok fúziós fehérjéi A sejt differenciáció blokkolása Pre-B-ALL és Krónikus mieloid leukémia T(9:22) Philadelphia kromoszóma BCR-ABL fúziós fehérje Tirozin kináz aktivitás Nem kontrollált aktiváció Follikuláris limfóma (leggyakoribb) t(14:18) bcl-2, Igh apoptózis gátlása fokozott túlélés Diffúz B sejt limfóma, nagysejtes típus t(3:14) bcl-6 on Chr3 bcl-6, Igh Köpeny sejt limfóma t(11:14) bcl-1 - Chr11, ciklin D1 kódolása cyclin D1, Igh sejt ciklus progresszió T sejt eredetű Pro-T sejt akut limfoblasztos leukémia t(1:14) (5% of cases) 1p32 deletion (20% of cases) TAL1, tcr TAL1, SCL Transzkripciós faktor T sejtes limfoma, anaplasztikus nagy sejtes típus t(2:5) ALK tirozin kináz NPM (ismeretlen funkció)

Oncogenesis Mechanism Action Example Growth promotion Overexpression of growth factor receptors (such as epidermal growth factor, or EGF) making cells more sensitive to growth stimuli c-erb-B2 Increased growth factor signal transduction by an oncogene that lacks the GTPase activity that limits GTP induction of cytoplasmic kinases that drive cell growth ras Overexpression of a gene product by stimulation from an oncogene (such as ras) c-sis Lack of normal gene regulation through translocation of a gene where it is controlled by surrounding genes to a place where it is no longer inhibited c-abl Binding of oncogene product to the nucleus with DNA transcriptional activation to promote entry into the cell cycle c-myc Loss of tumor suppressor gene function Lack of regulation of cell adhesion with loss of growth control through cell interaction APC Loss of down-regulation of growth promoting signal transduction NF-1 Loss of regulation of cell cycle activation through sequestation of transcriptional factors Rb Loss of regulation of cell cycle activation through lack of inhibition of cell proliferation that allows DNA repair p53 Limitation of Apoptosis Overexpression of gene, activated by translocation, prevents apoptosis bcl-2

A KÜLÖNBÖZŐ ONKOGÉNEK MEGHATÁROZOTT NEOPLÁZIÁKHOZ KAPCSOLÓDNAK Asszociált neoplazia c-erb-B2 Mell és petefészek karcinoma ras Sokféle karcinoma és leukémia c-sis Gliomák c-abl Krónikus mieloid leukémia, akut limfocitás leukémia c-myc Limfómák BRCA-1 APC Vastagbél adenocarkinomák NF-1 Neurofibromák és neurofibroszarkómák Rb Retinoblasztómák, oszteoszarkómák, kis sejtes tüdő karcinómák p53 Sok karcinóma bcl-2 Krónikus limfocitás leukémia, limfómák

A TUMOR KIALAKULÁSÁNAK ÖSSZETETT FOLYAMATA ONKOGÉNEK AKTIVÁCIÓJA Mitogének Növekedési faktor receptorok Másodlagos messengerek Tarnszkripciós aktivátorok Sejtciklus gének Malignus szöveti sejt Szöveti sejt ANTI-ONKOGÉNEK INAKTIVÁCIÓJA Növekedés gátlók Transzkripciós represszorok Sejtciklus gátlók Programmozott sejt halál gének DNS helyreállító enzimek SZERZETT SAJÁTSÁGOK Önálló növekedési faktor szignálok Érzéketlenség a növekedést gátló faktorokkal szemben Apoptózis elkerülése Korlátlan szaporodó képesség Folyamatos angiogenezis Szöveti migráció és metasztázis

KARCINOGENEK – Tumoros megbetegedések növekvő száma Kémiai – 1775 Anglia, kéményseprők korom expoziciója – fokozott tumor előfordulás Alfatoxin, alcohol, aluminium, aminobiphenyl és arzén vegyületek, azbeszt, benzol, benzidine, beryllium, kadmium, nikkel vegyületek, di-ethylstilbestrol, napthylamine,szilika kristály, korom, dohányfüst, vinyl klorid Radioaktivitás Plutonium-239 – csont, máj, tüdő Radium-224, -226, -228 – csont Radon-222 – tüdő Thorium-232 – leukemia, tüdő Iodine-131 – emlő, pajzsmirigy, leukémia Patogének EBV – Burkitt és Hodgkin lymphoma Helicobacter pilori – gyomor, HepB/C – máj, HPV – cervix, penis HTLV-1 – Felnőtt T-sejt leukemia DNS tumor vírusok – adenovirus, SV40, egér polyoma KSHV/HHV8 – Kaposi sarcoma Májmétely – Opisthorchis viverri – máj Gyulladás Krónikus gyulladást kísérő citokin „vihar” ROI, RNI IL-15 T/NK leukemia, M-CSF emlő carcinoma, MIF p53 működés TNF – NFκB – bőr, colorectalis carcinoma, emlő Cox-2 gátlók

A TUMOR ELLENES IMMUNVÁLASZ Rejtőzködő, változó, osztódó és fejlődő célpont Immun „surveillence” Kevés nem-saját antigen Kevéssé immunogén B és T limfociták ismerik fel Tolerancia kiváltása Tumor antigének léteznek Elsősorban T limfociták ismerik fel Nincs veszély jel, nem megfelelő prezentáció TUMOR ANTIGÉNEK Tumor asszociált antigének – TA Normál sejtekben is megjelennek Aberrált/másként regulált kifejeződés a tumor sejtekben Tumor specifikus antigének – TSA Egyedi vagy tumor típusokra jellemző IMMUNRENDSZER Tumor-specifikus immunválasz kiváltható A citotoxikus T limfociták képesek a tumorok kiirtására

AZ IMMUNRENDSZER SZEREPE A TUMORSEJTEK ERADIKÁCIÓJÁBAN Az „immunsurveillance” igazolása Az immundeficiens egyedekben kifejlődő tumorok immunogénebbek, mint az immunkompetens egyedekben képződőek (immunszelekció) Az adaptív celluláris immunválasz (RAG2-/-), és effektor molekuláinak (IFNγ, perforin) genetikai semlegesítése (k.o.) fokozza a spontán és a kémiai ágensekkel indukált tumorok kialakulását A tumor ellenes immunválasz legfontosabb effektor sejtjei a tumor antigéneket specifikusan felismerő CD8+ citotoxikus/citolitikus T-limfociták, amelyek nagy számú tumorsejt elpusztítására képesek Az in vitro felszaporított vírus/tumor-specifikus CD8+ citolitikus T-limfociták passzív bevitelével egyes vírus (EBV, CMV) indukált tumorok gyógyíthatók (adaptív transzfer) Az effektor T- limfociták felismerik és elpusztítják a malignus szöveti sejteket

MENEKÜLŐ TUMOR VARIÁNSOK Genetikai instabilitás ELIMINÁCIÓ Immunsurveillence EGYENSÚLY MENEKÜLÉS makrofág DS NK/γδ CD4/CD8 NK/NKT/γδ CD4/CD8 METASTASIS MENEKÜLŐ TUMOR VARIÁNSOK Genetikai instabilitás Immun szelekció makrofág DC VÉDELEM IFNγ, Perforin TRAIL Treg sejtek TUMOR CD8+ CD4+ Dunn et al. 2004. Immunity 21, 137-148.

AZ AKTÍV TUMOR-SPECIFIKUS IMMUNTERÁPIA LEHETŐSÉGEI A tumor antigének beviteli módja Tumor fehérjéből származó peptid Anti-idiotípus Ea Tumor fehérje Vírus-tumor genom Plazmid DNS Módosított tumor sejt Módosított DS Irradiált tumor sejt Tumor sejt lizátum Feltöltött DS Hősokk fehérje Mocellin S et al. Lancet Oncology 2004

B SEJT TUMOROK A B sejt érés egyes szakaszainak felelnek meg – minden szakasz képviselt A fiziológiás fejlődési állapotoknak felelnek meg Az átrendezett immunoglobulin gének a monoklonalitást igazolják BETEGSÉG SEJT MARKER HELYE Krónikus limfocitás leukémia B-1 CD5 Vér Akut limfoblastos leukémia Limfoid előalak Csontvelő Pre-B sejt leukémia Pre-B Follikuláris centrocitás limfoma Burkitt limfoma Érett B sejt Idiotípus Periféria Waldenström makroglobulinémia IgM szekretáló B sejt Mieloma multiplex Plazma sejt Eltérő izotípus

KROMOSZÓMA TRANSZLOKÁCIÓ BURKITT LIMFÓMÁBAN 8 14 8q- 14q+ CH VH c-myc CH VH c-myc A limfóma sejtek nem ellenőrzött proliferációja a c-myc onkogén aktivációja miatt EBV indukált tumor

A T sejt fejlődés adott szakaszainak felelnek meg – korai és késői T SEJT TUMOROK A T sejt fejlődés adott szakaszainak felelnek meg – korai és késői BETEGSÉG SEJT MARKEREK HELYE Akut Limfoblasztos leukémia B-ALL/C-ALL Limfoid progenitor CD10 CD19 CD20 Tímusz Timoma Tímusz sztróma sejt vagy epitél sejt Citokeratinok Akute limfoblasztos leukémia T-ALL Timocita CD1 Felnőttkori T sejt leukémia Mycosis fungoides Cezary szindróma Krónikus limfocitás leukémia CLL T sejt CD3/TCR CD4 vagy CD8 Perifériás keringés Hodgkin kór Antigén prezentáló sejt CD30 Az átmeneti differenciációs állapotú sejtek ha nem szelektálódnak, gyorsan elpusztulnak, nincs idő a mutációk felhalmozódására