京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20256号 / 医博第4215号 / 新制||医||1020(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 生田 宏一, 教授 三森 経世, 教授 前川 平 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Die in den letzten Jahren erfolgte Entwicklung im hämatologisch / onkologischen Grundlagenwissen hat neue therapeutische Strategien eröffnet. Die Übertragung von molekularbiologischer und tumorimmunologischer Grundlagenforschung in die klinische Anwendung und die Entwicklung verschiedener neuer Immun- und Gentherapieverfahren unter Verwendung von DNA des Tumorantigens Muzin sind der Schwerpunkt der Arbeit. Dargestellt werden Forschungsergebnisse von der Testung eines Impfstoffs in Schimpansen bis hin zur klinischen Anwendung einer Vakzine an Patienten: Das humane Tumorantigen Muzin, kodiert durch das Gen MUC1, ist ein großes Glykoprotein welches auf Pankreas-, Mamma- und Ovarialkarzinomen weniger glykosyliert ist und von zytotoxischen T-Zellen und monoklonalen Antikörpern erkannt werden kann. Schimpansen wurden mit Muzin-cDNA-transfizierten Epstein-Barr-Virus (EBV)-immortalisierten autologen B-Zellen immunisiert und dadurch konnte eine Induktion einer zellulären Immunantwort erreicht werden. Darüber hinaus wurden humane virusfreie "Mini"-EBV-B-Zelllinien etabliert, die das Tumorantigen Muzin exprimieren und eine unbegrenzte und sichere Quelle für Antigen präsentierende Zellen, mit denen ex vivo T-Zellen antigenspezifisch stimuliert und expandiert werden können, liefern. Als eine weitere Strategie wurde ein immortalisierter humaner CD4+ T-Zellklon, der das Tumorwachstum in Mäusen hemmt, generiert. Der Rezeptors dieses Muzin-erkennenden T-Zell-Klons wurde sequenziert und liefert die Grundlage für eine mögliche adoptive Immuntherapie unter Transfer dieses Rezeptors in Effektorzellen für ein antigenspezifisches Targeting. Weiterhin wurde eine "nackte" Muzin-DNA-Vakzine verwendet. Diese führte in einem Maustumor-Modell zu einer Langzeit-Hemmung des Tumorwachstums. Schließlich wurden dendritische Zellen für eine Vakzinierung genutzt. Als Voraussetzungen für eine klinische Anwendung wurden eine liposomale Gentransfermethode und eine effiziente Kryokonservierungsmethode für humane dendritische Zellen etabliert. Eine Vakzine, bestehend aus liposomal Muzingen (MUC1)-transfizierten autologen dendritischen Zellen, wurde in eine klinische Phase I / II umgesetzt. Es konnte demonstriert werden, dass diese Art von Vakzinierung durchführbar und sicher ist, und dass Immunantworten auch bei Patienten mit weit fortgeschrittener Erkrankung erzielt werden konnten. Die Ergebnisse dieser Arbeit leisten einen Beitrag zu neuen therapeutischen Strategien in der Onkologie und Hämatologie. DNA-basierte Vakzinen und Immuntherapien stellen vielversprechende Methoden für künftige onkologische Behandlungsmöglichkeiten dar. / The recent development in oncological and hematological basic sciences has opened new therapeutic strategies. The transfer of molecular biology- and tumorimmunological research into clinical application and the development of different new immuno- and gene-therapeutical methods using DNA of the human tumor antigen mucin are the main focus of the work. Presented are results reaching from vaccination of chimpanzees to a clinical phase I / II study in patients: The human tumor antigen mucin, encoded by the gene MUC1, is a large glycoprotein which is underglycosylated on pancreatic-, breast- and ovarian cancer cells and can be recognized by cytotoxic T cells and monoclonal antibodies. Chimpanzees were immunized with mucin-cDNA-transfected Epstein-Barr-Virus (EBV)-immortalized autologous B cells as a vaccine inducing a cellular immune response in these animals. Moreover, human virus-free "mini-EBV-B-cell lines" expressing the tumor antigen mucin were generated providing an unlimited and safe source for antigen presenting cells to specifically stimulate and expand T cells ex vivo. As another strategy an immortalized human CD4+ T cell clone inhibiting tumor growth in mice was grown. The receptor of this mucin recognizing T cell clone was sequenced and provides the basis for a possible adoptive immunotherapy by transferring this receptor into effector cells for specific targeting. A further approach was to use a "naked" mucin-DNA-vaccine. This vaccine was able to suppress long-term tumor growth in a mouse tumor model. Finally, dendritic cells were used for vaccination. As prerequisites for a clinical application, liposomal gene transfer- and efficient cryopreservation- methods of human dendritic cells were established. A vaccine consisting of liposomal mucin gene (MUC1)-transfected autologous dendritic cells was evaluated in a clinical phase I / II trial. It could be demonstrated that this dendritic cell vaccine is feasible and safe and that immune responses can be induced even in patients with advanced diseases. The results of these studies contribute to new therapeutical strategies in oncology and hematology. DNA-based vaccines and immunotherapies could be promising tools for future oncological treatments.

Les tumeurs spontanées de souris ne sont pas immunogéniques. Néanmoins la mutagenèse de la leucémie spontanée LEC a permis d'isoler des variants immunogéniques qui confèrent une protection contre la tumeur parentale. Des clones de lymphocytes T cytolytiques (CTL) reconnaissant les cellules LEC ont été isolés à partir des lymphocytes de souris immunes. Au cours de ce travail, nous avons isolé et caractérisé la séquence codant l'antigène LEC A reconnu par le clone CTL-LEC1:5 à la surface des cellules LEC. Pour cloner ce gène, nous avons suivi une démarche similaire à celle ayant permis l'isolement de plusieurs gènes codant des antigènes reconnus par des clones CTL à la surface du mastocytome murin P815. Cette approche est basée sur la transfection de bibliothèques de cosmides construites avec l'ADN des cellules exprimant les antigènes à analyser et sur la détection des transfectants exprimant ces antigènes grâce à leur capacité de stimuler la prolifération du clone CTL adéquat. Une bibliothèque de cosmides a été construite avec l'ADN des cellules LEC et a été transfectée dans les cellules P1.HTR.KkDk. Plusieurs transfectants stimulant la prolifération des CTL LEC1:5 ont été identifiés. Un cosmide capable de transférer l'expression de l'antigène LEC A a été obtenu en encapsidant l'ADN génomique d'un transfectant dans des têtes de phage lambda. Un fragment de 4,38 kb codant l'antigène LEC A a été isolé à partir de ce cosmide. La séquence nucléotidique de ce fragment a été comparée aux séquences répertoriées dans les banques de données. Cette séquence présente de fortes homologies avec les rétrovirus endogènes défectifs appartenant à la famille IAP (intracisternal A particle, ou particule intraciternale de type A). La séquence codant l'antigène LEC A a été appelée LEC A IAP. Les CTL LEC1:5 reconnaissent un peptide antigénique dérivant de la région gag de l'élément LEC A IAP en association avec la molécule H 2 Dk. Pour comprendre le mécanisme responsable de l'expression de l'antigène LEC A par les cellules LEC, nous avons comparé les ADN génomiques des cellules LEC, de deux tumeurs syngéniques non reconnues par les CTL-LEC1:5 et de cellules normales provenant de souris syngéniques. Un Southern blot et des réactions de polymérisation en chaîne (PCR) ont permis d'établir que l'élément LEC A IAP s'est transposé dans la tumeur LEC. L'analyse de l'ADN génomique de variants des cellules LEC n'exprimant plus l'antigène LEC A ont établi que la transposition de l'élément LEC A IAP était responsable de l'expression de cet antigène. Il paraît probable que la transposition a pour conséquence d'activer la transcription de cet élément IAP, ce qui entraîne la production de l'antigène. / Cytolytic T lymphocyte (CTL) clones directed against spontaneous mouse leukemia LEC have been obtained. By transfecting a cosmid library into cells which were then tested for their ability to stimulate the CTL, we identified the gene coding for the antigen recognized by one of these CTL clones. It is the gag gene of an endogenous defective retrovirus that belongs to the intracisternal A particle (IAP) family. A gag-encoded nonapeptide presented by the H-2 Dk molecule caused recognition by the anti-LEC CTL clone. Southern blot and polymerase chain reaction analyses indicated that the expression of the antigen by the LEC tumor cell line resulted from the transposition of an IAP sequence into a new genomic location.

Classical midgut carcinoids belong to neuroendocrine tumors of the gastroenteropancreatic tract (GEP-NETs) and are associated with serotonin overproduction. The term midgut is derived from the tumors’ embryological site of origin: enterochromaffin cells in the lower jejunum, ileum, caecum and the ascending colon. Despite their rather benign nature, these tumors can metastasize to mesentery and liver, putting patients at risk for the so-called carcinoid syndrome. This syndrome is characterized by flushes, diarrhoea and valvular heart disease due to the excessive serotonin secretion by tumor cells. Treatment of metastatic disease is currently ineffective and T cell immunotherapy has been suggested as a novel approach. We propose a number of midgut carcinoid-associated proteins as potential antigens for immunotherapy. Chromogranin A (CGA), tryptophan hydroxylase 1 (TPH-1), vesicular monoamine transporter 1 (VMAT-1), caudal type homeobox transcription factor 2 (CDX-2), islet autoantigen 2 (IA-2) and survivin represent interesting candidates based on their fairly restricted neuroendocrine tissue expression. In pursuit of potential antigens we identified a novel splicing variant of VMAT-1, lacking the second last exon. The variant, denoted VMAT1Δ15, encodes a differently translated C-terminal compared to the native form, is localized in the endoplasmic reticulum (ER) instead of large dense core vesicles and is unable to accumulate serotonin. We identify several immunogenic HLA-A*0201-binding peptide epitopes derived from our proposed antigens by analyzing CD8+ T cell responses in blood from midgut carcinoid patients. We demonstrate immune recognition of midgut carcinoid tumors in patients and in vitro generation of activated CD8+ T cells recognizing these peptide epitopes in blood from healthy controls. Patients also exhibit increased frequencies of circulating regulatory T cells (Tregs) with suppressive quality and patient lymphocytes display a decreased proliferative capacity compared to healthy controls. Midgut carcinoid tumors are frequently infiltrated by T cells, however always in the presence of Foxp3-expressing Tregs. Midgut carcinoid-associated antigens recognized by CD8+ T cells are of great interest for cellular therapies such as modified DC vaccines or adoptive T cell transfer. However, the systemic and local suppression of Th1 immunity must be considered and likely corrected in order to obtain clinically effective immunotherapies.

De nombreux antigènes de tumeur ont été identifiés depuis la découverte du premier antigène de tumeur humain il y a une vingtaine d’années, et plusieurs d’entre eux ont été utilisés comme antigène cible pour l’élaboration de vaccins thérapeutiques anti-Cancer. Cependant, les résultats des essais cliniques visant à évaluer l’efficacité de ces vaccins se sont la plupart du temps révélés décevants. Aussi, il reste indispensable d’identifier de nouveaux antigènes de tumeur cibles capables d’induire des réponses anti-Tumorales fortes et durables. Parmi les antigènes de tumeur considérés comme cibles potentielles pour un vaccin anti-Tumoral se trouve la Cycline B1, une protéine endogène impliquée dans la régulation du cycle cellulaire. Normalement exprimée de façon transitoire dans les cellules saines en division, cette protéine est surexprimée dans diverses tumeurs et est indispensable au développement tumoral. De plus, des réponses immunitaires spontanées spécifiques de cette protéine ont été observées chez des patients atteints de cancer. L’objectif de ma thèse était de caractériser la réponse en lymphocytes T CD4+, qui jouent un rôle capital dans la réponse immunitaire anti-Tumorale, spécifique de la Cycline B1 humaine chez des sujets sains et chez des patients atteints de cancer. Nous avons mis en évidence l’existence, chez des individus sains, de deux populations de lymphocytes T CD4+ préexistants spécifiques de cette protéine, à savoir des lymphocytes T CD4+ naïfs et des lymphocytes T CD4+ mémoires, cette seconde population lymphocytaire se retrouvant également chez des patients atteints de cancer. De multiples épitopes T CD4+ ont été identifiés dans cette protéine, et étaient différemment reconnus par ces deux populations de lymphocytes T CD4+. En outre, des anticorps IgG anti-Cycline B1 ont été détectés chez des patients atteints de cancer comme chez des individus sains, sans différence significative dans les taux d’anticorps entre ces deux catégories de sujets. Ainsi, cette étude montre que la Cycline B1 est un antigène de tumeur caractérisé par un profil singulier de réponses immunitaires, et confirme le potentiel vaccinal de cette protéine pour l’élaboration d’un vaccin anti-Cancer. / Many tumor antigens have been identified since the discovery of the first human antigen about twenty years ago, and some of them have been used as targets for the development of therapeutic cancer vaccines. However, most of the time, the results of clinical trials designed to assess the efficacy of these vaccines proved to be disappointing. Thus, it is still necessary to identify new tumor antigens able to induce strong and long-Lasting anti-Tumor responses that could be used as targets for cancer vaccine. Cyclin B1, an endogenous protein involved in cell cycle regulation, is one of the tumor antigens which are currently considered as potential targets for a cancer vaccine. Usually expressed transiently in healthy dividing cells, this protein is overexpressed in numerous tumors and is necessary for tumor development. Moreover, Cyclin B1 specific spontaneaous immune responses have been observed in cancer patients. My PhD work aimed at characterizing the response of CD4+ T cells, which play a major role in anti-Tumor immune responses, specific to human Cyclin B1 both in healthy individuals and cancer patients. We showed that, in healthy individuals, there exists two pre-Existing Cyclin B1 specific CD4+ T cell populations, namely naive CD4+ T cells and memory CD4+ T cells, the latter lymphocyte population being also found in cancer patients. Multiple CD4+ T cell epitopes have been identified in this protein, and were differently recognized by these two CD4+ T cell populations. Besides, anti-Cyclin B1 IgG antibodies have been detected both in healthy individuals and in cancer patients, without significant differences in antibody levels between these two groups of donors. Therefore, this work shows that Cyclin B1 is a tumor antigen characterized by a singular pattern of immune responses, and confirms the potential of this protein as a target for a cancer vaccine.