Preview

PDF, English Download (13MB) | Terms of use

Abstract

Acute myeloid leukemia (AML) accounts for 80% of acute leukemia cases in adults and results from the accumulation of immature malignant myeloid progenitor cells at the expense of healthy differentiated counterparts. These cells invade the bone marrow, the blood and can also infiltrate organs in the periphery. While recent progresses in AML management moderately improved the survival of patients below the age of 65, about 70% of older patients succumb to the disease within one year after diagnosis. Therefore, the search for more therapeutic options in AML is imperative. In this doctoral work, a novel approach based on the AML-specific antibodies designed to deliver immunodominant Epstein-Barr virus (EBV) epitopes to AML tumour cells is assessed. These antigen-armed antibodies (AgAbs) target surface markers upregulated on AML cells, namely CD33, CD123, CLL-1 and FR-b. After receptor-mediated endocytosis, the viral epitopes included in the AgAbs are shuttled into the endosomal compartments of the target cells, where the epitopes can be processed for MHC class II-restricted presentation on the cell surface. In EBV-positive individuals (95% of the human population worldwide), circulating memory virus-specific cytotoxic CD4+ T cells can recognize the MHCII-bound peptides and mediate cell lysis. This strategy aims at boosting the low basal immunogenicity of AML blasts in order to redirect a potent anti-viral immunity toward these cancer cells. In vitro experiments with multiple AML cell lines demonstrated the potency of AgAbs to target the aforementioned surface marker, culminating in the presentation of epitopes at the cell surface. This led to a strong EBV-specific CD4+ T cell activation, characterized by IFNg and granzyme B secretion. These activated T cells were also capable of directly eliminating AgAb-treated AML cell line cells. Furthermore, AgAb-mediated T cell activation was shown to eliminate bystander malignant cells, probably through IFNg and TNF-a signaling. Ex vivo experiments with AgAbs showed a promising potential to stimulate EBV-specific memory CD4+ T cells from AML patients. Upon AgAb treatment, these cells proliferated and killed a substantial proportion of patient blasts. Finally, a murine model of AML was developed. AgAbs fused to murine cytomegalovirus epitopes potently expanded murine CD4+ T cells in vivo, culminating in a prolonged survival in AgAb-treated tumour-bearing mice. Altogether, the promising results from this study demonstrate the potential of AgAbs to redirect endogenous CD4+ cytotoxic T cells against AML cells loaded with EBV antigens, paving the way for future studies and clinical trials.

Translation of abstract (German)

Die akute myeloische Leukämie (AML) macht 80% der akuten Leukämiefälle bei Erwachsenen aus. Sie resultiert aus der Ansammlung von unreifen malignen myeloischen Vorläuferzellen zum Nachteil gesunder differenzierter Zellen. Diese Blasten dringen in das Knochenmark und Blut ein und können auch periphere Organe infiltrieren. Obwohl die neuesten Fortschritte im AML- Management das Überleben von Patienten unter 65 Jahren moderat verbesserten, sterben etwa 70% der älteren Patienten innerhalb eines Jahres nach der Diagnose an der Krankheit. Deshalb ist die Suche nach weiteren therapeutischen Optionen bei AML zwingend notwendig. In dieser Doktorarbeit wird ein neuartiger Therapieansatz basierend auf AML-spezifischen Antikörpern untersucht, der immundominante Epstein-Barr-Virus (EBV)-Epitope an AML- Tumorzellen überträgt. Diese Antikörper („Antigen-armed antibodies“ - AgAbs) zielen auf die Oberflächenmarker CD33, CD123, CLL-1 und FR-b ab, die auf AML-Zellen hochreguliert sind. Nach einer rezeptorvermittelten Endozytose werden virale Epitope in die endosomalen Kompartimente der Zielzellen verlagert, wo sie für die MHC-Klasse II-gebundene Präsentation auf der Zelloberfläche verarbeitet werden können. Bei EBV-positiven Menschen (95% der Weltbevölkerung) können zirkulierende, virusspezifische zytotoxische CD4+ T-Zellen die MHCII- gebundenen Peptide erkennen und eine Zelllyse bewirken. Die Strategie zielt darauf ab, die niedrige basale Immunogenität von AML-Blasten zu erhöhen, um eine starke antivirale Immunität gegen diese Krebszellen hervorzurufen. In vitro-Experimente mit mehreren AML-Zelllinien zeigten die Wirksamkeit von AgAbs auf, die auf die oben genannten Oberflächenmarker abzielen, was in der Präsentation von Epitopen auf der Zelloberfläche gipfelte. Dies führte zu einer starken Aktivierung von EBV-spezifischen CD4+ T- Zellen, gekennzeichnet durch IFN und Granzym B Sekretion. Diese aktivierten T-Zellen waren auch in der Lage, AgAb-vorbehandelte AML-Zelllinienzellen direkt zu eliminieren. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die AgAb-vermittelte T-Zellaktivierung auch nicht zielgerichtete maligne Bystander-Zellen, vermutlich durch IFNg und TNFa Freisetzung, eliminieren konnte. Ex-vivo-Experimente mit AgAbs zeigten ein vielversprechendes Potenzial zur Stimulierung von EBV-spezifische CD4+ T-Gedächtniszellen von AML-Patienten. Nach der Behandlung vermehrten sich diese Zellen und töteten einen beträchtlichen Anteil der Patientenblasten ab. Schließlich wurde ein murines Modell für AML entwickelt. AgAbs, die an murine Cytomegalievirus-Epitope fusioniert sind, bewirkten eine starke Expansion muriner CD4+ T-Zellen in vivo, was zu einem verlängerten Überleben in AgAb-behandelten tumortragenden Mäuse führte.