A novel approach in cancer immunotherapy: Natural killer cells expressing t cell receptors

Abstract

T hücre reseptörü (TCR) gen terapisi T hücrelerinin sitotoksik aktivitesini belirli bir tümör antijeni epitopuna karşı yönlendirebilmek için geliştirilmiş bir yöntemdir. TCR molekülünün heterodimerik yapısı sebebiyle, dışarıdan verilen α ve β zincirlerinin hücrenin içerisinde sentezlenen β ya da α zincirleriyle eşleşme riski vardır. Bu olgu yanlış eşleşme problemi olarak adlandırılmakta ve özgüllüğü bilinmeyen, potansiyel olarak hayati yan etkileri olabilecek T hücre reseptörleri oluşturma riski taşımaktadır.Öncesind bir bağışıklamaya ve uyarılmaya gerek duymadan tümör hücrelerini tanıma ve öldürme yetenekleri ile bilinen Doğal Öldürücü (NK) hücreleri 40 yıl önce keşfedilmiştir. Bu tarihten günümüze, NK hücreleri adoptif kanser immünoterapisinde umut verici ajanlar olarak ön plana çıkmıştır. Son on yılda, birçok NK bazlı anti-kanser ürünleri klinik çalışmalarda denenmiş ve umut vadeden sonuçlar elde edilmiştir. Fakat daha etkili NK hücre terapisi ürünleri üretmek için, güvenlik, etkinlil ve belirli bir antijene karşı özgüllük gibi özellikleri artıran yeni yaklaşımlar geliştirmek gereklidir. Bu amaçla şimdiye kadar yapılan çalışmalarda uygulanan yöntem kimerik antijen reseptörleri (CAR) kullanılarak NK hücrelerini spesifik bir antijene karşı hedeflemek olmuştur.Bu tezde, TCR gen terapisi için NK hücrelerinin kulanımı önerilmektedir. TCR geni transferiyle NK hücrelerinin tümör ve virus antijenlerini seçici olarak tanımak için tekrar programlanması amaçlanmaktadır. Sonuçlarımız, lentiviral gen transferi aracılığıyla TCR kompleksini NK hücrelerinde ifade etmenin antijen-spesifik sitotoksisite aktivitesinin çarpıcı bir şekilde artırdığını göstermiştir.Bildiğimiz kadarıyla NK hücresine TCR transfer çalışması daha önce hiç yapılmamıştır. Bulduğumuz bu yöntem kanser immunoterapisi alanında yeni bir yaklaşım olmakla kalmayıp aynı zamanda TCR gen terapisinde görülen yanlış eşleşme sorununun nihai ve kesin çözümüdür.

T cell receptor (TCR) gene therapy is developed to redirect cytotoxic T cells towards selected epitopes of tumor antigens. However, due to the heterodimeric nature of the TCR molecule, α and β chains introduced by gene delivery have a risk of pairing with the endogenously expressed complementary β or α chains in the T cell. This phenomenon named as `mispairing` gives rise to TCRs of unpredictable specificity and causes potentially lethal side effects.Natural killer (NK) cells were discovered 40 years ago, by their ability to recognize and kill tumor cells without the requirement of prior immunization or stimulation. Since then, NK cells have grown to be promising agents for adoptive immunotherapy of cancer. In the last decade, several NK cell based anti-cancer products have been taken to clinical trials with promising results. However, to manufacture more efficient NK cell therapy products, it is essential to develop novel strategies to increase safety, efficiency and specificity with approaches such as retargeting NK cells against specific antigens which to date has only been possible with chimeric antigen receptors (CARs).In this thesis, we propose to use NK cells for TCR gene therapy aiming to reprogram them to selectively target tumor or virus antigens in complex with major histocompatibility complex. Our results convincingly demonstrate that the introduction of a functional TCR complex to NK cells via lentiviral gene transfer dramatically enhances the efficiency to mount antigen-specific cytotoxic activity.To our knowledge, the transfer of a TCR into an NK cell has never been reported before. Our strategy does not only have the potential to open up a whole new chapter in the field of cancer immunotherapy but also provides a final and definitive solution for the mispairing problem observed in TCR gene therapy.