Identifizierung von Zielmolekülen und Herstellung zweigeteilter trivalenter T-Zell-aktivierender Antikörperderivate zur immuntherapeutischen Behandlung von Multiplen Myelom

Target identification and generation of trivalent T-cell activating antibody derivatives for multiple myeloma immunotherapy

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-186906
  • T-Zell-aktivierende Formate, wie BiTE (bispecific T-cell engagers) Antikörper und CAR T Zellen haben in den vergangen Jahren die Therapiemöglichkeiten für Tumorpatienten erweitert. Diese Therapeutika verknüpfen T-Zellen mit malignen Zellen über je ein spezifisches Oberflächenmolekül und initiieren, über eine T-Zell-vermittelte Immunantwort, die Lyse der Tumorzelle. Tumorspezifische Antigene sind jedoch selten. Häufig werden Proteine adressiert, die neben den Tumorzellen auch auf gesunden Zellen exprimiert werden. Die Folgen sind toxischeT-Zell-aktivierende Formate, wie BiTE (bispecific T-cell engagers) Antikörper und CAR T Zellen haben in den vergangen Jahren die Therapiemöglichkeiten für Tumorpatienten erweitert. Diese Therapeutika verknüpfen T-Zellen mit malignen Zellen über je ein spezifisches Oberflächenmolekül und initiieren, über eine T-Zell-vermittelte Immunantwort, die Lyse der Tumorzelle. Tumorspezifische Antigene sind jedoch selten. Häufig werden Proteine adressiert, die neben den Tumorzellen auch auf gesunden Zellen exprimiert werden. Die Folgen sind toxische Effekte abseits der Tumorzellen auf Antigen-positiven gesunden Zellen (on target/off tumor), welche nicht nur die Dosis des Therapeutikums und dessen Effektivität limitieren, sondern zu geringen bis letalen Begleiterscheinungen führen können. Der Bedarf an effektiven Therapieformen mit geringen Nebenwirkungen ist folglich immer noch sehr hoch. Diese Lücke soll durch ein neues Antikörperformat, sogenannten Hemibodies, geschlossen werden. Hemibodies sind eine neue Klasse von T-Zell-aktivierenden Antikörpern, die sich gegen eine Antigenkombination und nicht einzelne Antigene auf Tumorzellen richten. Sie bestehen aus zwei komplementären Molekülen mit je einer Antigen-bindenden Sequenz, die entweder mit der leichten (VL) oder der schweren (VH) Kette eines T-Zell-aktivierenden anti CD3 Antikörpers fusioniert ist. Nur wenn beide Hemibody-Fragmente gleichzeitig in unmittelbarer Nähe an ihr jeweiliges Antigenepitop auf der Tumorzelle binden, komplementieren die beiden Antikörperkonstrukte über das geteilte anti-CD3 und bilden einen trivalenten T Zell aktivierenden Komplex aus. Diese funktionale Einheit rekrutiert T-Zellen zur Tumorzelle und induzierte die T-Zell-vermittelte Lyse der malignen Zelle. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden geeignete Antigenkombinationen identifiziert und die erste effektive und spezifische Hemibody-basierte Immuntherapie gegen das Multiple Myelom (MM), ohne Nebenwirkungen auf Antigen-einfach-positiven gesunden Zellen, entwickelt. Basierend auf einer umfangreichen Analyse von Kandidaten-Antigenen wurden Kombinationen aus bekannten MM Zielmolekülen, wie BCMA, CD38, CD138, CD229 und SLAMF7, und für das MM unbekannte Oberflächenmolekülen, wie CHRM5 und LAX1, untersucht. Gegen die vielversprechendsten Antigene wurden Hemibodies entwickelt und produziert. Im Zusammenhang mit Analysen zur Produzierbarkeit sowie biochemischen und funktionalen Charakterisierungen, konnte aus 75 initialen Hemibody-Kombinationen drei Kombinationen mit geeigneten Eigenschaften identifiziert werden. Die Bindung von zwei Hemibody-Partnern auf der Oberfläche der MM Zelle führte zur Ausbildung eines trivalenten T-Zell-rekrutierenden Komplexes. Dieser initiierte nachfolgend über eine T-Zell-vermittelte Immunantwort die spezifische Lyse der malignen Zellen, ohne die Viabilität von Antigen-einfach-positiven gesunden Körper- oder Effektor-Zellen zu beeinflussen. Zusätzlich führte eine Hemibody-Therapie in vivo in einem NOD SCID MM-Mausmodel innerhalb von 7 Tagen zur kompletten Remission der MM Zellen. Diese Daten zeigten Hemibodies als ein neues, sehr vielversprechendes Antikörperformat für eine effektive und tumorspezifische Immuntherapie mit potentiell geringen Nebenwirkungen.show moreshow less
  • T-cell activating therapies such as BiTEs (bispecific T-cell engagers) and CAR-T-cells have broadened the treatment options for cancer patients in the past years. These therapeutics induce a T-cell mediated immune response by linking T-cells with malignant cells by a specific target on the tumor cell. Tumor-specific antigens are rare and often antigens expressed on malignant and healthy tissues are addressed. Consequently, dosage and efficacy are limited by on-target/off-tumor toxicities, which can cause severe side effects. Efficient therapiesT-cell activating therapies such as BiTEs (bispecific T-cell engagers) and CAR-T-cells have broadened the treatment options for cancer patients in the past years. These therapeutics induce a T-cell mediated immune response by linking T-cells with malignant cells by a specific target on the tumor cell. Tumor-specific antigens are rare and often antigens expressed on malignant and healthy tissues are addressed. Consequently, dosage and efficacy are limited by on-target/off-tumor toxicities, which can cause severe side effects. Efficient therapies with no side effects are still needed. To overcome these limitations and fill the gap of existing cancer immunotherapies, our novel strategy, coined hemibodies, targets an aberrant antigen signature uniquely expressed on tumor cells. Hemibodies are a new class of T-cell engaging antibodies consisting of two complementing molecules. Each hemibody molecule can bind one specific target on a tumor cell using a scFv fused to either the variable heavy (VH) or light (VL) chain domain of a T-cell activating anti-CD3 antibody. When both hemibodies simultaneously bind their specific target, the VL- and the VH-domain reconstitute and form a functional anti-CD3 domain, enabling T-cell recruitment for tumor cell lysis. This way, hemibodies form a trivalent protein complex only on tumor cells for safe cancer immunotherapy. The following work presents target combinations and the first hemibody-based immunotherapy for a precise multiple myeloma (MM) treatment, without side effects, on target-single-positiv cells. Besides combinations of known and often reported MM targets like CD138, CD38, BCMA and SLAMF7, new targets including CHRM5 and LAX1 are described. Moreover, three hemibody combinations out of 75 promising target combinations were identified that displayed favorable production and purification data as well as biochemical and functional characteristics. We demonstrated that hemibodies are able to recognize and bind MM cells on their specific targets and form a functional trivalent T-cell activating complex for tumor cell lysis. In contrast to BiTE antibodies, hemibody-fragments alone and in combination had no/low effects on the viability of target-single positive cells or on T-cells in the absence of tumor cells. Only in the presence of MM cells, hemibodies recruit T-cells to the tumor site and induce tumor specific lysis. In addition, human T-lymphocytes rejected MM cells after treatment with a hemibody combination for seven days in a murine NOD SCID model. In aggregate, the data reported here identified hemibodies as a promising therapeutic protein format for effective and safe cancer immunotherapy.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Metadaten
Author: Maria GeisGND
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-186906
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Medizinische Fakultät / Medizinische Klinik und Poliklinik II
Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Referee:Prof. Dr. Gernot Stuhler
Date of final exam:2019/09/11
Language:German
Year of Completion:2023
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-18690
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
Tag:zweigeteilte trivalente T-Zell-aktivierende Antikörperderivate
Hemibodies
Release Date:2023/09/13
Licence (German):License LogoCC BY-NC-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International