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 coli 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

Benign or malignus tumorok

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.

BURKITT’S LYMPHOMA kialakulása A c-myc transzlokációja az Ig nehéz lánc enhancer közelébe 8 14 8q- 14q+ CH VH c-myc CH VH c-myc A c-myc proto-onkogén transzlokációja (t8 14) EBV- indukált tumorokban

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

Tumorok MHC-függő kilökődése

„Fertőző tumorok…..” in the inbread populations of the Tasmanian devil

Tumor antigének, és tumor-asszociált antigének

Tumor-specifikus antigének

Cancer/testis antigens are expressed almost entirely by cancerous cells, showing little or no expression in healthy tissue, with the exception of normal testis, embryonic ovaries and placenta. No MHC expression Many of them X-linked Over 100 in total --- Potential targets for immune therapy

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

A tumor-specifikus T-sejtek dendritikus sejtek általi aktivációja. Cross-presentation

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 HATÉKONY TUMOR ELLENES IMMUNVÁLASZ KIVÁLTÁSÁNAK FOLYAMATA APOPTÓTIKUS TUMOR SEJT Tumor Ag IL-2 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 NINCS GYULLADÁS ÉS IL-12 TERMELÉS M1 macrophage: MHCII, CD80, 86 iNOS, M2 macrphage: arginase + SIGNAL 1 Tumor antigen IGEN SIGNAL 2 Tumor cell NEM Activated APC IGEN/NEM SIGNAL 3 Natural immunity IGEN/NEM Inflammation NEM

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 HLA-E, HLA F, HLA-G expresszió, CD94/NKG2A gátló receptor kötés, Gátolja az NK sejteket 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

A TUMOR SEJTEK ÉS SZÖVETEK MENEKÜLÉSI MECHANIZMUSAI TUMOR EREDETŰ GÁTLÓ FAKTOROK Sok rákbetegben nő az opportunista fertőzések száma TGFβ- gátolja az immun sejtek aktivációját Csökkenti az MHCI expressziót gátolja az NK és CTL sejtek citotoxikus aktivitását Gátolja az ellenanyag termelést IL10 – immun szuppresszív Gátolja az MHCI expressziót és aTAP működését melanoma Sejteken Gátolja a DS-ek érését TUMOR EREDETŰ POTENCIÁLÓ FAKTOROK Angiogenezis faktorok – a tumor maga vagy immunsejtek termelik (pl TGFβ)

Human epithelial tumours can inhibit the response of lymphocytes expressing NKG2D A stressz-asszociált protein MIC jelen van a tumorsejtek felszínén MHCI kevés vagy nincs------ NK, γδT sejt célpontok DE:

ANTI-TUMOR IMMUNOTHERAPY AZ AKTÍV TUMOR-SPECIFIKUS IMMUNTERÁPIA LEHETŐSÉGEI A tumor antigének beviteli módja ANTI-TUMOR IMMUNOTHERAPY Tumor protein-derived peptide Anti-idiotipe Ab Tumor protein Vírus-tumor genome Plasmid DNA Modified tumor cell Modified DC Irradiated tumor cell Tumor cell lysate Loaded DC Heat shock protein Mocellin S et al. Lancet Oncology 2004

Melanóma regressziója terápiás vakcinációt követően.

A szintetikus biológiai megközelítés bacteria to invade cancer cells only in the hypoxic environment often indicative of tumor Voigt and colleagues engineered tissue (19). Cell-invasion ability was enabled in E. coli by engineering them to express the invasin (inv) adhesion protein from Yersinia pseudotuberculosis, which tightly binds mammalian b1 integrin receptors, inducing uptake. Invasin expression was placed under the control of an anaerobically induced formate dehydrogenase promoter, resulting in bacteria that only invaded mammalian cell cultures in hypoxic environments. Tissue is typically hypoxic, however, when it has no access to blood, which could limit the efficacy of intravenously delivered, cancer-targeting bacteria. Also, given the dynamics of blood flow, the bacteria would need to be engineered to quickly express invasin and enter cells. In the second study, Li and colleagues were able to intravenously deliver engineered, cancerinvading bacteria to target a specific tumorigenic pathway in vivo (20). Using RNA interference (RNAi), bacterial invaders were designed to knock down expression of CTNNB1 (encoding b-1 catenin), a gene that initiates many colon cancers upon its overexpression or oncogenic mutation (Fig. 2B). The engineered bacteria accomplished gene knockdown by generating short hairpin RNA (shRNA) segments that bound to CTNNB1 mRNA transcripts and induced mRNA cleavage. Along with the shRNA and invasin, the synthetic system produced lysteriolysin O (encoded by the hlyA gene), which enables molecular transport out of vesicles in a process believed to involve entry vesicle disruption. Bacteria cells uploaded with the synthetic circuitry robustly invaded colon cancer cells in vitro and knocked down CTNNB1 expression. Intravenous administration of the engineered E. coli into immune-deficient mice with subcutaneously xenografted human colon cancer cells resulted in significant knockdown of the gene in tumor cells, showing that bacterial invaders could be directed to distal cancer targets. In the future, the two synthetic constructs described above could be coupled, potentially producing programmable bacteria that invade cancer cells under specific in vivo conditions and, once inside, target specific cancer-related pathways.

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

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