Der chimäre Antigen Rezeptor (CAR) mit Spezifität für das Tumorstammzell-Antigen NY-Eso-1 hat eine höhere Aktivierungsschwelle für T-Zellen als der T-Zell Rezeptor (TCR)

Abstract

In der adoptiven Immuntherapie von Tumorerkrankungen wird T-Zellen eine definierte Spezifität durch die Expression eines Antigen-spezifischen rekombinanten T-Zell Rezeptors (TCR) oder eines chimären Antigen-Rezeptors (CAR) verliehen. Die adoptive Zelltherapie mit CAR und TCR modifizierten T-Zellen erzielte Tumorremissionen, beispielsweise CAR T-Zellen bei der Therapie leukämischer Erkrankungen und TCR T-Zellen in der Behandlung solider Tumore und Myelomen. Die Bindedomäne der CARs zur Erkennung der Tumorzellen ist von einem Antikörper abgeleitet, der TCR erkennt MHC präsentiertes Antigen durch die variable TCR α- und β-Kette.<br /> In dieser Arbeit wurde ein Vergleich der T-Zell Aktivierung durch CAR und TCR durchgeführt. Als Modell Antigen wurde NY-Eso-1 verwendet, da NY-Eso-1 von Tumorzellen vieler solider und hämatologischer Erkrankungen exprimiert wird. Um bei der unterschiedlichen Struktur des CAR und TCR eine Vergleichbarkeit herzustellen, wurden CARs verwendet, deren Antikörper-abgeleitete Bindedomäne wie der verwendete TCR das HLA-A2 präsentierte NY-Eso-1(157-165) Antigen erkennt. CAR und TCR erkennen spezifisch das Antigen, jedoch mit unterschiedlicher Affinität; die CARs binden mit einer etwa 30fach oder 350fach höheren Affinität als der TCR. Sowohl der CAR als auch der TCR induzieren eine Antigen-abhängige T-Zell Aktivierung, erkenntlich an der Sekretion proinflammatorischer Zytokine und der zytolytischen Aktivität der modifizierten T-Zellen. Trotz höherer Affinität ist die Antigen-abhängige Aktivierungsschwelle der CAR T-Zellen höher als die der TCR T-Zellen. Die CD28 Kostimulation im CD28CD3ζ CAR verändert nicht die Aktivierungsschwelle, auch eine Steigerung der Affinität der CAR Bindedomäne verändert nicht die Aktivierungsschwelle. Jedoch verstärken sowohl die CD28 Kostimulation als auch die höhere Affinität die Effektorfunktionen der T-Zelle. Eine Trennung des ζ Primärsignals und der CD28 Kostimulation auf zwei koexprimierte CAR Moleküle verringert die T-Zell Aktivierung im Vergleich zum CAR mit kombinierter CD28CD3ζ Signaldomäne.<br /> Unsere Ergebnisse zeigen, dass T-Zellen gegen intrazelluläre Antigene sowohl durch einen TCR als auch einen CAR gerichtet werden können, jedoch sind CAR T-Zellen trotz höherer Affinität weniger sensitiv in der Erkennung geringer Antigenmengen als TCR modifizierte T-Zellen und bieten dadurch eine höhere Selektivität für Zielzellen mit hoher Antigendichte. Bei geringer Antigenexpression, wie sie auf NY-Eso-1 exprimierenden Tumorzellen vorkommen kann, ist jedoch eine TCR gerichtete T-Zell Therapie gegenüber CAR T-Zellen zu bevorzugen.

<strong>The chimeric antigen receptor (CAR) with specificity for the tumor stem cell associated antigen NY-Eso-1 has a higher activation threshold than the NY-Eso-1 specific T cell receptor (TCR)</strong><br /> In adoptive immunotherapy T cells are engineered to express an antigen-specific receptor with defined specificity for a tumor-associated antigen (TAA). T cells can be modified with a recombinant T cell receptor (TCR) or a chimeric antigen receptor (CAR). Current studies with either CAR or TCR modified T cells showed lasting and complete tumor regression; CAR redirected T cells exhibited success in the therapy of leukemia, for example, and TCR redirected T cells showed efficacy in the therapy of solid tumors or myeloma. The CAR recognizes the respective antigen by an antibody derived binding domain while the TCR recognizes the antigen by the variable regions of the α and β chains. In contrast to the TCR, the CAR recognizes the antigen in a MHC independent manner and is restricted to the recognition of cell surface antigens. We here compared CAR and TCR driven T cell activation.<br /> For a site-by-site comparison, we engineered a “TCR-like” CAR which recognizes the same MHC presented peptide as the recombinant TCR. As model antigen we used the tumor-associated antigen NY-Eso-1 which is presented by the HLA-A2 on solid and hematologic tumor cells. Both the anti-NY-Eso-1 TCR and anti-NY-Eso-1 CAR induced antigen-dependent T cell activation indicated by secretion of proinflammatory cytokines and cytolysis. The binding affinity of the two used CARs is 30-fold and 350-fold higher than the affinity of the TCR. Although the CAR has a higher binding affinity, the CAR modified T cells showed a higher activation threshold than the TCR redirected T cells. The integration of the costimulatory domain CD28 into the CAR and the increase of binding affinity had no impact on the activation threshold of CAR modified T cells; albeit, both CD28 costimulatory domain and improved affinity increased the magnitude in T cell effector functions. Splitting the primary ζ signal and the CD28 costimulatory domain onto two receptors lowered the T cell activation against target cells compared to the CD28CD3ζ CAR with one polypeptide chain.<br /> Our data show that both TCR and CAR redirect a T cell response towards intracellular antigens presented in the MHC context. Despite higher binding affinity, CAR T cells are less sensitive in recognizing the antigen than TCR modified T cells. Therefore CAR modified T cells are more selective in recognizing target cells with high antigen density levels while TCR redirected T cells are more effective in targeting tumor cells with low antigen amounts, like NY-Eso-1 positive tumors.