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Abstract

The notion of harnessing the patient’s intrinsic immune system to target tumor cells has sparked the development of immunotherapy as a promising new approach to treat cancer. However, only a minority of patients benefit from currently available immunotherapeutic approaches, as many tumors escape immune attacks and develop immune evasion mechanisms. Hence, it is crucial to identify cellular factors that influence the success of immune cell-mediated tumor clearance.

In this project, I developed a genetically defined autochthonous liver cancer mouse model with conditional neoantigen expression for the investigation of neoantigen-mediated immune responses and immunotherapeutic treatments. In addition to that, I used primary neoantigen-expressing tumor cells and antigen-specific T cells to establish a co-culture assay in order to study mechanisms of cytotoxic T cell-mediated killing. This assay was further used to perform a lentiviral CRISPR/Cas9 screen, which identified new tumor cell-specific mediators of T cell-dependent killing, among others Activin A receptor type I (Acvr1). Additional experiments validated the role of Acvr1, a type I receptor serine kinase of the bone morphogenetic protein (BMP) pathway, in T cell-mediated killing. Moreover, I could show that Acvr1 knock-out reduced T cell killing efficiency by downregulating the expression of the death receptor Fas, thus reducing FAS ligand (FASLG)-mediated apoptosis induction.

In summary, this study included the establishment of new in vivo and in vitro model systems for the investigation of neoantigen-specific immune responses and tumor cell clearance. With that, I was able to identify Acvr1 as new mediator of T cell-dependent tumor cell killing and prospective drug target. These findings offer the opportunity to further explore and improve immunotherapeutic approaches to potentially enhance the success rate of immunotherapies in the future.

Translation of abstract (German)

Die Vorstellung, das körpereigene Immunsystem des Patienten zur gezielten Beseitigung von Tumorzellen zu nutzen, hat die Entwicklung der Immuntherapie als vielversprechenden neuen Ansatz zur Behandlung von Krebs in Gang gesetzt. Von den derzeit verfügbaren immuntherapeutischen Ansätzen profitiert jedoch nur eine Minderheit der Patienten, da viele Tumore den Angriffen des Immunsystems entgehen und Me- chanismen zur Immunevasion entwickeln. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, zelluläre Faktoren zu identifizieren, die den Erfolg der Immunzell-vermittelten Tumorbekämpfung beeinflussen.

In diesem Projekt habe ich ein genetisch definiertes, autochthones Leberkrebs-Mausmodell mit kontrol- lierter Neoantigen-Expression entwickelt, um Neoantigen-spezifische Immunantworten und immunthera- peutische Behandlungsmethoden zu untersuchen. Zusätzlich verwendete ich primäre Neoantigen-expri- mierende Tumorzellen und Antigen-spezifische T-Zellen, um einen Co-Kultur-Assay zu etablieren und die Mechanismen der zytotoxischen T-Zell-vermittelten Abwehr zu untersuchen. Dieser Assay wurde anschlie- ßend zur Durchführung eines lentiviralen CRISPR/Cas9-Screens verwendet, mit dem neue Tumorzell-spezi- fische Faktoren der T-Zell-abhängigen Tötung identifiziert wurden, unter anderem Activin A receptor type I (Acvr1). Weitere Experimente bestätigten die Rolle von Acvr1, einer Typ-I-Rezeptor-Serin-Kinase des BMP- Signalwegs (bone morphogenetic protein), bei der T-Zell-vermittelten Abwehr. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass der Knock-out von Acvr1 die Effizienz der T-Zell-Tötung reduziert, indem er die Expression des Todesrezeptors Fas herunterreguliert und damit die FAS-Ligand (FASLG)-vermittelte Einleitung der Apoptose verringert.

Im Rahmen dieser Studie wurden neue in vivo und in vitro Modellsysteme zur Untersuchung Neoantigen- spezifischer Immunantworten und der Eliminierung von Tumorzellen entwickelt. Dadurch konnte ich Acvr1 als neuen Vermittler der T-Zell-abhängigen Tumorzell-Tötung und potenziellen Arzneimittelkandidaten identifizieren. Diese Erkenntnisse bieten die Möglichkeit, immuntherapeutische Ansätze weiter zu erfor- schen und zu verbessern, um so die Erfolgsrate von zukünftigen Immuntherapien zu erhöhen.