Dina Kouhestani

• Cancer is a disease of uncontrolled cell proliferation and migration. Downregulation of antigen-presenting major histocompatibility complex (MHC) and co-stimulatory molecules are two of the most commonly used pathways by cancer cells to escape from immune surveillance. Therefore, many approaches have been developed for restoring the immune surveillance in cancer patients. One approach is to redirect the patient’s own T cells for tumor cell destruction. For T cell function it is important to induce a durable and robust cytotoxic response againstCancer is a disease of uncontrolled cell proliferation and migration. Downregulation of antigen-presenting major histocompatibility complex (MHC) and co-stimulatory molecules are two of the most commonly used pathways by cancer cells to escape from immune surveillance. Therefore, many approaches have been developed for restoring the immune surveillance in cancer patients. One approach is to redirect the patient’s own T cells for tumor cell destruction. For T cell function it is important to induce a durable and robust cytotoxic response against target cells and to generate memory T cells, after MHC-mediated recognition of foreign intracellular antigens presented on the surface of antigen presenting cells (APC). Because of these cytotoxic properties, T cell mediated immunotherapy has been established as an effective and durable anti-neoplastic treatment. Different T cell mediated therapies for cancer treatment exist. One of them is using bispecific antibody fragments, so called bi-sepcific T cell engagers (BiTEs), for retargeting of T cells against single antigen positive tumor cells. The BiTE antibodies have two antigen binding domains, one against a target on the target cell, the second against CD3 on the T cells, facilitating cell-to-cell interactions. However, suitable single tumor antigens are limited, which restricts this approach to very few tumor types. To overcome this limitation, we have developed T cell-engaging antibody derivatives, termed hemibodies. Hemibodies exist as two complementary polypeptide chains. Each consists of two specific domains. On one end there is a single-chain variable fragment (scFv) against a target protein and on the other end there is either the heavy chain variable domain (VH) or light chain variable domain (VL) of an anti-CD3 binding antibody. Only when both hemibodies bind their respective antigens on the same tumor cell, the complementary anti CD3 VH and VL domains become aligned and reconstitute the functional CD3 binding-domain to engage T cells. For targeting malignant cells of hematopoietic origin, we used hemibodies against CD45 and HLA-A2. They were expressed in CHO cells, then purified via Strep-tag. To get more insight into the hemibody mechanism of T cell mediated target cell killing, we analyzed the biochemical and functional properties of hemibodies in more detail. Our main finding indicates that VLαCD3-scFvαHLA-A2 and VHαCD3-scFvαCD45 hemibodies induce an atypical immunological synapse characterized by a co-localization of HLA-A2 and CD45 out of the target cell -T cell interface. Nevertheless, hemibodies induce a high caspase activity in target cells in a concentration-dependent manner at nanomolar concentrations in vitro. Looking at ZAP70, which is usually recruited from the cytoplasm to the CD3 receptor in the middle of the cell-cell interface, we were able to detect activated ZAP70 outside of the cell-cell interface in the presence of hemibodies. In contrast cells treated with BiTEs show a central recruitment in the cell-cell interface as expected. We looked also at the interaction of hemibodies with soluble recombinant CD3 epsilon/gamma protein in the absence of target cells. The binding could be measured only at very high concentration out of the therapeutic window. This work contributes to the mechanistic understanding, which underlies the hemibody technology as a new dual antigen restricted T cell-mediated immunotherapy of cancer.…
• Krebs ist eine Krankheit mit unkontrollierter Zellproliferation und -migration. Die Herunterregulierung des antigen-präsentierenden Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) und der co-stimulierenden Moleküle sind zwei der am häufigsten verwendeten Wege von Krebszellen, um der Immunüberwachung zu entkommen. Daher wurden viele Ansätze zur Wiederherstellung der Immunüberwachung bei Krebspatienten entwickelt. Ein Ansatz besteht darin, die eigenen T-Zellen des Patienten zur Zerstörung von Tumorzellen anzuleiten. T-Zellen zeichnen sich durch ihreKrebs ist eine Krankheit mit unkontrollierter Zellproliferation und -migration. Die Herunterregulierung des antigen-präsentierenden Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) und der co-stimulierenden Moleküle sind zwei der am häufigsten verwendeten Wege von Krebszellen, um der Immunüberwachung zu entkommen. Daher wurden viele Ansätze zur Wiederherstellung der Immunüberwachung bei Krebspatienten entwickelt. Ein Ansatz besteht darin, die eigenen T-Zellen des Patienten zur Zerstörung von Tumorzellen anzuleiten. T-Zellen zeichnen sich durch ihre schnelle Expansion nach MHC-vermittelter Erkennung von fremden intrazellulären Antigenen auf der Oberfläche von Antigen-präsentierenden Zellen (APC) aus. Darüber hinaus sind eine dauerhafte und robuste zytotoxische Immunantwort und die Erzeugung von Gedächtnis-T-Zellen wichtige Merkmale von T-Zellen. Aufgrund dieser Eigenschaften hat sich die T-Zell-vermittelte Immuntherapie als wirksame antineoplastische Behandlung in den letzten Jahren etabliert. Es gibt verschiedene Ansätze T-Zellen zur Krebsbehandlung zu nutzen. Ein Ansatz verwendet bispezifische Antikörperfragmente, sogenannte bi-sepezifische T-Zell-Engager (BiTEs), zum Retargeting von T-Zellen gegen Antigen-positive Tumorzellen. Die BiTE-Antikörper besitzen zwei Antigen-Bindungsdomänen. Eine ist gegen ein Antigen auf der Zielzelle gerichtet und die zweite ist gegen CD3 auf T-Zellen gerichtet, was zu einer direkten Rekrutierung der T-Zelle an die Zielzelle führt. Geeignete einzelne Tumorantigene, die nur auf Tumorzellen zu finden sind und nicht auf gesundem Gewebe sind jedoch begrenzt, was diesen Ansatz auf sehr wenige Tumortypen einschränkt. Um diese Einschränkung zu überwinden, haben wir bispezifische T-Zell-rekrutierende Antikörper-Derivate entwickelt, sogenannte Hemibodies. Hemibodies sind „single chain“ Polypeptidketten. Jeder Hemibody besitzt zwei spezifische Antigen bindende Domänen. Eine Domäne besteht aus einem „single chain variable Fragment“ (scFv) und ist gegen ein Zielantigen gerichtet und zweite Effektor-Domäne besteht entweder aus der variablen Domäne der schweren Kette (VH), oder die variable Domäne der leichten Kette (VL) eines Anti-CD3-Antikörpers. Nur wenn zwei komplementierende Hemibodies ihr jeweiliges Antigen auf der Oberfläche derselben Zielzelle binden, können die beiden anti-CD3-VH- und anti-CD3-VL-Domänen komplementieren und erst jetzt die funktionelle anti-CD3-Bindungsdomäne ausbilden um T-Zellen zu binden und zu aktivieren. Zur Therapie von bösartigen Zellen hämatopoetischen Ursprungs haben wir Hemibodies gegen CD45 und HLA-A2 hergestellt. Sie wurden in CHO-Zellen exprimiert und dann über Strep-Tag gereinigt. Um mehr über den Hemibody-Mechanismus der T-Zell-vermittelten Abtötung von Zielzellen zu erfahren, haben wir die biochemischen und funktionellen Eigenschaften von Hemibodies genauer analysiert. Unser Arbeit zeigt, dass VLαCD3-scFvαHLA-A2- und VHαCD3-scFvαCD45-Hemibodies eine atypische immunologische Synapse ausbilden. Diese ist gekennzeichnet durch die gemeinsame Verdrängung von HLA-A2 und CD45 aus dem „interface“ zwischen Zielzelle und T-Zelle. Dennoch können Hemibodies selbst bei Konzentrationen im nanomolaren Bereich in vitro eine Caspase-Aktivität in den Zielzellen induzieren. Betrachtet man ZAP70, dass bei T- Zell Aktivierung normalerweise vom Zytoplasma zum CD3-Rezeptor in der Mitte des Zell-Zell „interface“ rekrutiert wird, zeigt sich bei der Hemibody vermittelten T-Zell Aktivierung aktiviertes ZAP70 außerhalb des Zell-Zell „interface“. Im Gegensatz zu Hemibodies zeigen mit BiTEs aktivierte T-Zellen erwartungsgemäß eine zentrale Rekrutierung von ZAP70 im Zell-Zell „interface“. Wir untersuchten auch die Wechselwirkung von Hemibodies mit löslichem rekombinantem CD3-Epsilon / Gamma-Protein in Abwesenheit von Zielzellen. Eine Bindung konnte nur bei sehr hoher Konzentration außerhalb des therapeutischen Fensters gemessen werden. Diese Arbeit untersucht im Detail den T-Zell vermittelten Mechanismus der Hemibody Technologie. Die Ergebnisse ermöglichen uns den Wirkmechanismus der Hemibodies besser zu verstehen. Dies ist wichtig für die sichere Weiterentwicklung dieser neuen zielgerichteten T-Zell vermittelten Immuntherapie.…