Authors:	Hobohm, Kathleen
Title:	Improving adoptive T cell therapies of cancer by ectopic expression of miR181a to repress inhibitory phosphatases
Online publication date:	4-Sep-2015
Year of first publication:	2015
Language:	english
Abstract:	Adoptive T cell therapy using antigen-specific T lymphocytes is a powerful immunotherapeutic approach against cancer. Nevertheless, many T cells against tumor-antigens exhibit only weak anti-tumoral response. To overcome this barrier it is necessary to improve the potency and anti-tumoral efficacy of these T cells. Activation and activity of T cells are tightly controlled to inhibit unwanted T cell responses and to reduce the risk of autoimmunity. Both are regulated by extrinsic signals and intrinsic mechanisms which suppress T cell activation. The intrinsic mechanisms include the expression of phosphatases that counteract the activation-inducing kinases. Modifying the expression of these phosphatases allows the targeted modulation of T cell reactivity. MicroRNAs (miRNAs) are regulatory small noncoding RNA molecules that control gene expression by targeting messenger RNAs in a sequence specific manner. Gene-specific silencing plays a key role in diverse biological processes, such as development, differentiation, and functionality. miR181a has been shown to be highly expressed in immature T cells that recognize low-affinity antigens.rnThe present study successfully shows that ectopic expression of miR181a is able to enhance the sensitivity of both murine and human T cells. In CD4+ T helper cells as well as in CD8+ cytotoxic T cells the overexpression of miR181a leads to downregulation of multiple phosphatases involved in the T cell receptor signaling pathway. Overexpression of miR181a in human T cells achieves a co-stimulatory independent activation and has an anti-apoptotic effect on CD4+ T helper cells. Additionally, increasing the amount of miR181a enhances the cytolytic activity of murine CD8+ TCRtg T cells in an antigen-specific manner.rnTo test miR181a overexpressing T cells in vivo, a mouse tumor model using a B cell lymphoma cell line (A20-HA) expressing the Influenza hemagglutinin (Infl.-HA) antigen was established. The expression of model antigens in tumor cell lines enables targeted elimination of tumors using TCRtg T cells. The transfer of miR181a overexpressing Infl.-HA TCRtg CD8+ T cells alone has no positive effect neither on tumor control nor on survival of A20-HA tumor-bearing mice. In contrast, the co-transfer of miR181a overexpressing Infl.-HA TCRtg CD8+ and CD4+ T cells leads to improved tumor control and prolongs survival of A20-HA tumor-bearing mice. This effect is characterized by higher amounts of effector T cells and the expansion of Infl.-HA TCRtg CD8+ T cells.rnAll effects were achieved by changes in expression of several genes including molecules involved in T cell differentiation, activation, and regulation, cytotoxic effector molecules, and receptors important for the homing process of T cells in miR181a overexpressing T cells. The present study demonstrates that miR181a is able to enhance the anti-tumoral response of antigen-specific T cells and is a promising candidate for improving adoptive cell therapy. Der adoptive Transfer von antigen-spezifischen T Lymphozyten ist ein vielversprechender Therapieansatz zur Behandlung von Krebs. Dennoch weisen viele T Zellen, welche gegen Tumorantigene gerichtet sind, nur eine geringe anti-tumorale Wirkung auf. Um dieses Hindernis zu überwinden, ist es notwendig die Potenz und anti-tumorale Effizienz dieser T Zellen zu erhöhen. Die Aktivierung und Aktivität von T Zellen wird streng kontolliert, um unerwünschternT Zell Antworten zu inhibieren und das Risiko von Autoimmunerkrankungen zu minimieren. Dies wird durch extrinsische Signale und intrinsische Mechanismen, welche die T Zell Aktivierung unterdrücken, reguliert. Die Aktivierung von Phosphatasen, welche den aktivierungsinduzierten Kinasen entgegenwirken, gehört zu den o.g. intrinsischen Mechanismen. Die Veränderung der Expressionslevel dieser Phosphatasen ermöglicht die zielgerichtete Modifikation der T Zell Reaktivität. MicroRNAs (miRNAs) sind kleine, regulatorische und nichtkodierendernRNA-Moleküle, welche die Expression von Genen kontrollieren, indem sie derenrnmessenger RNA sequenzspezifisch binden und deren Translation inhibieren. Diese Herunterregulation von Genen spielt eine wichtige Rolle bei verschiedenen biologischen Prozessen wie der Entwicklung, Differenzierung und Funktionalität. Frühere Studien konnten zeigen, dass miR181a stark in unreifen T Zellen exprimiert ist, welche niedrig-affine Antigene erkennen.rnDie vorliegende Arbeit zeigt deutlich, dass die ektope Expression von miR181a eine erhöhte Sensitivität von murinen und human T Zellen ermöglicht. In CD4+ T Helferzellen als auch CD8+ zytotoxischen T Zellen führt die Überexpression von miR181a zu einer Herunterregulation von mutiplen Phosphatasen, welche in der Signalkette der T Zell Rezeptoren involviert sind. Durch die Überexpression von miR181a in humanen T Zellen wird eine Aktivierung unabhängig vom Kostimulus erreicht. Gleichzeitig hat miR181a einen anti-apoptotischen Effekt auf humane T Helferzellen. In murinen TCRtg T Zellen führt die Erhöhung der miR181a-Mengernzu einer verstärkten zytolytischen Aktivität.rnUm miR181a überexprimierende T Zellen in vivo zu testen, wurde ein Tumormodel mit einer B Zell Lymphom Zelllinie (A20-HA), welche das Influenza Hemagglutinin (Infl.-HA) Antigen exprimiert, etabliert. Die Expression von Modelantigen in Tumorzelllinien erlaubt die gezielte Bekämpfung des Tumors durch antigen-spezifische TCRtg T Zellen. Der Transfer von miR181a überexprimierenden Infl.-HATCRtg CD8+ T Zellen allein hat keinen positiven Effekt, weder auf die Tumorkontrolle noch hinsichtlich des Überlebens der A20-HA tumortragenden Mäuse. Im Gegensatz dazu führt der Kotransfer von miR181a überexprimierenden Infl.-HA TCRtg CD8+ und CD4+ T Zellen zu einer verbesserten Tumorkontrolle und verlängert das Überleben der A20-HA tumortragenden Tiere. Dieser Effekt ist durch eine erhöhte Anzahl von Effektorzellen und die Expansion der Infl.-HA TCRtg CD8+ T Zellen gekennzeichnet.rnAlle diese Effekte sind durch Änderungen der Expression zahlreicher Gene, z.B. von Molekülen der T Zell Differenzierung, Aktivierung und Regulierung, sowie von zytotoxischen Effektormolekülen und Rezeptoren, welche für den ”Homing” Prozess von T Zellen von Bedeutung sind, in miR181a überexprimierenden T Zellen charakterisiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass miR181a in der Lage ist, die anti-tumorale Wirkung antigen-spezifischer T Zellen zu erhöhen und stellt daher einen aussichtsreichen Kandidaten zur Verbesserung der adoptiven T Zelltherapie dar.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1249
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-41556
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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