京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24803号 / 医博第4995号 / 新制||医||1067(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 金子 新, 教授 伊藤 能永, 教授 上野 英樹 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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Der adoptive Transfer von T-Zell-Rezeptor (TZR) modifizierten T-Zellen gegen krebsspezifische Antigene ist ein vielversprechender Ansatz in der Immuntherapie. Geeignete Zielmoleküle für diese Therapie sollten wichtig für das Überleben von Krebszellen sein und zudem in ausreichenden Mengen auf der Zelloberfläche exprimiert werden, um von T-Zellen erkannt zu werden. Die Identifizierung dieser Zielmoleküle ist jedoch eine Herausforderung und erfordert eine intensive Charakterisierung, um eine ausreichende Prozessierung und Präsentation auf den Tumorzellen zu validieren. Ziel dieser Arbeit war, HLA-A2-spezifische Neoepitope als Zielmoleküle für adoptive T-Zell-Therapie zu validieren. Dafür wurden erfolgreich Immunantworten in einem humanen transgenen Mausmodell nach Peptidimmunisierung induziert und TZRs mit hoher Affinität isoliert. Trotz einer hohen funktionellen Avidität von H3.3K27M-spezifischen T-Zellen wurde keine Erkennung von Tumorzellen erreicht. Zweitens wurden TZR-transduzierte T-Zellen gegen die häufige Melanommutation Rac1P29S isoliert, welche zytotoxisch gegen Melanomzelllinien waren. Letztlich wurde beobachtetet, dass TZRs mit hoher Affinität gegen gespleißte Kras und Rac2 Epitope, welche durch Proteasom-katalysiertes Peptidspleißen erzeugt wurden, keine Immunantwort gegen endogen exprimierte Mutationen hervorrufen konnten. Daraus lässt sich schließen, dass gespleißte Epitope wahrscheinlich seltener vorkommen als zuvor angenommen und daher möglicherweise irrelevant für die adoptive T-Zelltherapie sind. Diese Daten deuten darauf hin, dass die Auswahl von Zielmolekülen für die adoptive T-Zell-Therapie mit Hilfe reverser Immunologie auf der Grundlage von Bindungsalgorithmen und der Häufigkeit von Mutationen allein nicht ausreicht. Daher sind vor der Isolierung und Charakterisierung von TZRs zusätzliche Strategien wie z.B. die Analyse des MHC-Immunopeptidoms erforderlich, um die Auswahl geeigneter Zielmoleküle für die T-Zelltherapie zu verbessern. / Adoptive transfer of T cell receptor (TCR)-engineered T cells against tumour-specific neoantigens is a promising approach in cancer immunotherapy. Ideally, targeted antigens are crucial for cancer cell survival and are generated in sufficient amounts to be recognised by T cells. However, the identification of ideal targets remains challenging and requires intensive characterisation to validate sufficient antigen processing and presentation by the tumour cells. This thesis focused on the validation of HLA-A2 binding neoepitopes carrying the recurrent cancer mutations H3.3K27M, Rac1P29S, Rac2P29L or KrasG12V as targets for adoptive T cell therapy. After peptide immunisation, immune responses in a human transgenic mouse model were elicited and high-affinity TCRs successfully isolated. Although H3.3K27M-specific T cells showed high functional avidity, no recognition of cells endogenously expressing mutant H3.3 was achieved. Furthermore, a mechanism to target the common melanoma mutation Rac1P29S with a TCR raised against a heterologous mutation with higher peptide-MHC affinity was described. TCR-transduced T cells induced cytotoxicity against Rac1P29S expressing melanoma cell lines. Lastly, high-affinity TCRs specific for mutant Kras and Rac2 spliced epitopes generated by proteasome-catalysed peptide splicing were successfully isolated, however, TCR-transduced T cells did not induce an immune response against endogenously expressed mutant transgenes. The results indicate that spliced epitopes are probably less abundant than previously estimated and therefore may play a minor role in the generation of targets for adoptive T cell therapy. These data suggest that target selection using a reverse immunology approach based on binding algorithms and frequency of mutations alone is not sufficient. Thus, additional strategies to improve the selection of suitable targets such as the analysis of the MHC immunopeptidome are required prior to TCR isolation and characterisation.

Le traitement des leucémies myéloïdes et lymphoblastiques aiguës a connu des avancées importantes dans la dernière décennie. Malgré ces progrès, le taux de rechutes reste élevé et le besoin médical est réel. Ces leucémies sont caractérisées par une expression aberrante d’antigènes qui peuvent provenir de protéines mutées, mais aussi de séquences rapportées comme non codantes. Les réponses contre ces néoantigènes tumoraux « cryptiques » demeurent non caractérisées. Afin de définir l’existence d’un répertoire varié de récepteurs des lymphocytes T (TCR) qui reconnaitraient ces néoantigènes, des cellules mononuclées du sang périphérique de patients sains sont isolées puis enrichies en cellules T CD8+ naïves. L’expansion et l’activation de ces cellules sont ensuite réalisées avec des cellules dendritiques autologues chargées avec l’antigène d’intérêt puis triées à l’aide de multimères HLA-peptides spécifiques. L’ARN des cellules avec TCR spécifiques aux antigènes spécifiques des tumeurs (TSA) leucémiques est isolé afin de réaliser un séquençage du TCR-bêta. L’expansion cellulaire a été réalisée de façon suffisante pour effectuer le séquençage des cellules identifiées comme positives par le marquage avec dextramères. Une réponse T est obtenue pour 50% des néoantigènes testés avec une réactivité montrée par ELISpot et se traduisant par une sécrétion de cytokines inflammatoires. Des lymphocytes T spécifiques aux TSA d’intérêt sont donc présents dans le sang périphérique de donneurs sains. Le séquençage de ces cellules a permis d’identifier les clonotypes pour lesquels une réponse anti-leucémique forte est possible. Il serait intéressant d’utiliser ces clonotypes spécifiques aux tumeurs cryptiques dans le développement de nouveaux traitements d’immunothérapie adoptive. / The treatment of acute myeloid and lymphoblastic leukemia has seen significant advances in the past decade. Despite this progress, the relapse rate remains high and the medical need is real. These leukemias are characterized by an aberrant expression of antigens, some from mutated proteins but also from sequences of DNA that were reported as non-coding. Responses against these “cryptic” neoantigens remains uncharacterized. In order to verify whether a diverse repertoire of T cell receptors (TCR) does recognize these neoantigens, mononuclear cells from peripheral blood of healthy patients are isolated and enriched with naive CD8+ T cells. The expansion and activation of these cells are then carried out with autologous dendritic cells loaded with the antigen of interest and then sorted using HLA-peptide specific multimers. RNA from cells with TCR specific for leukemic tumor-specific antigens (TSA) is isolated in order to perform TCR-beta sequencing. Cell expansion was sufficient to perform the sequencing of cells identified as positive by staining with dextramers. A T-cell response is obtained for 50% of the neoantigens tested with reactivity shown by ELISpot and resulting in a secretion of inflammatory cytokines. T lymphocytes specific to the TSA of interest are therefore present in the peripheral blood of healthy donors. Sequencing of these cells made it possible to identify clonotypes for which a strong anti-leukemic response can be expected. It would be interesting to use these cryptic tumor-specific clonotypes in the development of new adoptive immunotherapy treatments.