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Extramedullary disease (EMD) represents a high-risk state of multiple myeloma (MM) associated with poor prognosis. While most anti-myeloma therapeutics demonstrate limited efficacy in this setting, some studies exploring the utility of chimeric antigen receptor (CAR)-modified T cells reported promising results. We have recently designed SLAMF7-directed CAR T cells for the treatment of MM. SLAMF7 is a transmembrane receptor expressed on myeloma cells that plays a role in myeloma cell homing to the bone marrow. Currently, the only approved anti-SLAMF7 therapeutic is the monoclonal antibody elotuzumab, but its efficacy in EMD has not been investigated thoroughly. Thus, we retrospectively analyzed the efficacy of elotuzumab-based combination therapy in a cohort of 15 patients with EMD. Moreover, since the presence of the target antigen is an indispensable prerequisite for effective targeted therapy, we investigated the SLAMF7 expression on extramedullary located tumor cells before and after treatment. We observed limited efficacy of elotuzumab-based combination therapies, with an overall response rate of 40% and a progression-free and overall survival of 3.8 and 12.9 months, respectively. Before treatment initiation, all available EMD tissue specimens (n = 3) demonstrated a strong and consistent SLAMF7 surface expression by immunohistochemistry. Furthermore, to investigate a potential antigen reduction under therapeutic selection pressure, we analyzed samples of de novo EMD (n = 3) outgrown during elotuzumab treatment. Again, immunohistochemistry documented strong and consistent SLAMF7 expression in all samples. In aggregate, our data point towards a retained expression of SLAMF7 in EMD and encourage the development of more potent SLAMF7-directed immunotherapies, such as CAR T cells.
In lymphocytes, immune receptor signals induce the rapid nuclear translocation of preformed cytosolic NFAT proteins. Along with co-stimulatory signals, persistent immune receptor signals lead to high levels of NFATc1/αA, a short NFATc1 isoform, in effector lymphocytes. Whereas NFATc1 is not expressed in plasma cells, in germinal centers numerous centrocytic B cells express nuclear NFATc1/αA. When overexpressed in chicken DT40 B cells or murine WEHI 231 B cells, NFATc1/αA suppressed their cell death induced by B cell receptor signals and affected the expression of genes controlling the germinal center reaction and plasma cell formation. Among those is the Prdm1 gene encoding Blimp-1, a key factor of plasma cell formation. By binding to a regulatory DNA element within exon 1 of the Prdm1 gene, NFATc1/αA suppresses Blimp-1 expression. Since expression of a constitutive active version of NFATc1/αA interfered with Prdm1 RNA expression, LPS-mediated differentiation of splenic B cells to plasmablasts in vitro and reduced immunoglobulin production in vivo, one may conclude that NFATc1/αA plays an important role in controlling plasmablast/plasma cell formation.
Multiple myeloma (MM) is a lethal human cancer characterized by a clonal expansion of malignant plasma cells in bone marrow. Mouse models of human MM are technically challenging and do not always recapitulate human disease. Therefore, new mouse models for MM are needed. Mineral-oil induced plasmacytomas (MOPC) develop in the peritoneal cavity of oil-injected BALB/c mice. However, MOPC typically grow extramedullary and are considered poor models of human MM. Here we describe an in vivo-selected MOPC315 variant, called MOPC315.BM, which can be maintained in vitro. When injected i.v. into BALB/c mice, MOPC315.BM cells exhibit tropism for bone marrow. As few as 10\(^4\) MOPC315.BM cells injected i.v. induced paraplegia, a sign of spinal cord compression, in all mice within 3-4 weeks. MOPC315.BM cells were stably transfected with either firefly luciferase (MOPC315.BM.Luc) or DsRed (MOPC315.BM.DsRed) for studies using noninvasive imaging. MOPC315.BM.Luc cells were detected in the tibiofemoral region already 1 hour after i.v. injection. Bone foci developed progressively, and as of day 5, MM cells were detected in multiple sites in the axial skeleton. Additionally, the spleen (a hematopoietic organ in the mouse) was invariably affected. Luminescent signals correlated with serum myeloma protein concentration, allowing for easy tracking of tumor load with noninvasive imaging. Affected mice developed osteolytic lesions. The MOPC315.BM model employs a common strain of immunocompetent mice (BALB/c) and replicates many characteristics of human MM. The model should be suitable for studies of bone marrow tropism, development of osteolytic lesions, drug testing, and immunotherapy in MM.
Multiple myeloma is a bone marrow plasma cell tumor which is supported by the external growth factors APRIL and IL-6, among others. Recently, we identified eosinophils and megakaryocytes to be functional components of the micro-environmental niches of benign bone marrow plasma cells and to be important local sources of these cytokines. Here, we investigated whether eosinophils and megakaryocytes also support the growth of tumor plasma cells in the MOPC315. BM model for multiple myeloma. As it was shown for benign plasma cells and multiple myeloma cells, IL-6 and APRIL also supported MOPC315. BM cell growth in vitro, IL-5 had no effect. Depletion of eosinophils in vivo by IL-5 blockade led to a reduction of the early myeloma load. Consistent with this, myeloma growth in early stages was retarded in eosinophil-deficient Delta dblGATA-1 mice. Late myeloma stages were unaffected, possibly due to megakaryocytes compensating for the loss of eosinophils, since megakaryocytes were found to be in contact with myeloma cells in vivo and supported myeloma growth in vitro. We conclude that eosinophils and megakaryocytes in the niches for benign bone marrow plasma cells support the growth of malignant plasma cells. Further investigations are required to test whether perturbation of these niches represents a potential strategy for the treatment of multiple myeloma.
Nach Aktivierung differenzieren B-Zellen entweder direkt zu IgM sezernierenden Plasmazellen oder treten in den Differenzierungsweg zur Gedächtniszelle ein, der sowohl durch die Affinitätsreifung als auch den Klassensprung zu sekundären Immunglobulin-Isotypen gekennzeichnet ist. Welchen Weg die B-Zelle durchläuft, ist abhängig von der Intensität und der Dauer des BZR-Signals, von der Verfügbarkeit und der Art der T-Zell-Hilfe und von weiteren Signalen in der speziellen Mikroumgebung des Keimzentrums. Der Transkriptionsfaktor Blimp-1 ("B lymphocyte induced maturation protein 1") wird als ein „Mastergen“ der terminalen B-Zell-Differenzierung betrachtet und ist in der Lage, die komplexen Differenzierungsprozesse zu Ig-sezernierenden Plasmazellen auszulösen und voranzutreiben. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit identifizieren Blimp-1 als wichtigen Regulator, der bestimmt, ob eine B-Zelle zur Plasmazelle oder zur Gedächtniszelle differenziert. Unter Verwendung ruhender, primärer B-Zellen der Maus, die in vitro mit Interleukin-4 (IL-4), anti-mF(ab´)2 oder anti-CD40 in verschiedenen Kombinationen sowohl in An- als auch in Abwesenheit von LPS stimuliert wurden, konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass die IgM-Sekretion und die Expression von Blimp-1 durch Signalgebung über den BZR oder CD40 und durch IL-4 entweder nicht induziert oder sogar unterdrückt wird. Die Zugabe von IL-2 und IL-5 induziert die Expression von Blimp-1 und erleichtert die Sekretion von IgM und IgG1 in diesem System. Gleiches kann durch direkte Transduktion der B-Zellen mit rekombinanten Retroviren erreicht werden, die für Blimp-1 codieren. Auf der anderen Seite wird der durch IL-4 induzierte Klassensprung nach IgG1 durch Blimp-1 gehemmt. Blimp-1 bewirkt daher ein Umschalten des B-Zell-Differenzierungsweges von der Gedächtniszelle zur Plasmazelle. Die Unterdrückung der Expression von Blimp-1 sowohl durch Antigen-BZR-Wechselwirkungen als auch durch die von T-Helferzellen abhängige Signalgebung über CD40 und IL-4 unterdrückt die terminale Differenzierung zur Plasmazelle und ist für den Eintritt und das Durchlaufen des Gedächtniszell-Differenzierungsweges notwendig. Zur Identifikation von Genen, deren Expression durch Blimp-1 direkt oder indirekt beeinflusst wird, wurde Blimp-1 in WEHI 231 B-Lymphomzellen unter Verwendung rekombinanter Retroviren überexprimiert. Messika et al. zeigten, dass die Überexpression von Blimp-1 in B-Lymphomzellen in Abhängigkeit vom Reifungsstadium der Zelle entweder einen Wachstumsnachteil, gefolgt vom Zelltod, induziert oder zur terminalen Differenzierung führt. Obwohl WEHI 231 Zellen unreife, d.h. sIgM+ B-Zellen repräsentieren, exprimieren Blimp-1 transduzierte WEHI 231 Zellen die J-Kette, zeigen eine erhöhte Konzentration der für die sekretorische Form der my-Kette codierenden mRNA, exprimieren den Plasmazellmarker Syndecan-1 auf ihrer Oberfläche und sezernieren für kurze Zeit IgM. Diese Differenzierungsprozesse gehen allerdings mit einem Wachstumsnachteil und Zellzyklus-Arrest, gefolgt vom Zelltod, einher. Blimp-1 exprimierende WEHI 231 Zellen zeigen somit den Phänotyp kurzlebiger Plasmazellen. Eine Langzeitkultur Blimp-1+ WEHI 231 Zellen führt zum Verlust des differenzierten Phänotyps, d.h der Erhalt IgM-sezernierender WEHI 231 Zellen ist nicht ohne weitere Maßnahmen möglich. Auf molekularer Ebene hemmt Blimp-1 die Expression von c-myc und diejenige des antiapoptotischen Bcl-2 Familienmitgliedes A1, stimuliert aber die Expression von mad4. Die Verschiebung des Verhältnisses von Myc/Max- zu Mad/Max-Heterodimeren zugunsten von Mad/Max-Komplexen und die daraus resultierende Inhibition der Transkription von Myc-abhängigen, proiliferationsfördernden Genen ist in vielen Systemen als von zentraler Bedeutung für die Initiation von Differenzierungsprozessen beschrieben und wurde auch bereits für B-Zellen diskutiert. Auch in primären B-Zellen führt Blimp-1 zu einer verstärkten Expression von mad4. Wird der durch Blimp-1 bewirkte Verlust der Expression von A1 durch dessen Überexpression in Blimp-1+ WEHI 231 Zellen kompensiert, so überleben diese Zellen wieder erheblich länger, bleiben aber weiterhin im Zellzyklus arretiert. Der differenzierte Phänotyp, charakterisiert durch die verstärkte Expression von mad4 und der Sekretion von IgM, wird dabei aufrechterhalten. Wachstumsnachteil und Zelltod können in diesem System daher entkoppelt werden. In primären Zellen führt Blimp-1 ebenfalls zur Erniedrigung der A1 Expression. Da diese Zellen aber nicht in dem Maße wie WEHI 231 Zellen absterben, kann der Verlust von A1 offensichtlich besser kompensiert werden. Die Lebensdauer einer Blimp-1+ Plasmazelle ist somit durch Manipulation der Expression von antiapoptotischen Molekülen wie A1 verlängerbar.