Forscher erstellen modifizierte Antikörper gegen RAS und p53 bei Krebs

Die vom Hopkins-Team entworfenen Antikörper (gelbe und rosa Bänder) wirken wie eine Brücke und greifen mit einem Ende nach Immunzellen (lila und blau) und mit dem anderen nach Krebszellen (grün und rosa).

Bildnachweis: Emily Wu, Medizinische Fakultät der Johns Hopkins University

Forscher haben einen cleveren Weg gefunden, um zwei der berüchtigtsten Proteine, die an Krebs beteiligt sind, RAS und p53, ins Visier zu nehmen. In einer Reihe von Studien entwickelten die Wissenschaftler synthetische Antikörper , die bei Mäusen Tumore schrumpften, die diese mutierten Proteine enthielten.

Das Team, das von Forschern der Medizinischen Fakultät der Johns Hopkins University geleitet wurde, verwendete einen ähnlichen Ansatz, um Antikörper zu entwerfen, die auf ein Protein auf Blutkrebszellen abzielen.

Die neu entwickelten Antikörper wirken wie eine Brücke und greifen mit einem Ende nach Immunzellen und mit dem anderen nach Krebszellen. Indem sie eng zusammengezogen werden, helfen die Antikörper den Immunzellen, die Krebszellen zu finden und abzutöten. Drei Studien, die den Ansatz beschreiben, wurden am 1. März in verschiedenen Fachzeitschriften veröffentlicht.

Mutationen in den TP53- und RAS- Genen, die das Tumorwachstum fördern, sind bei Krebs ziemlich häufig und treten bei etwa 50% bzw. 30% aller Tumoren auf. Die von diesen mutierten Genen hergestellten Proteine waren jedoch mit den üblichen Ansätzen zur Herstellung von Krebsmedikamenten schwer zu treffen, weshalb Forscher weniger konventionelle Wege erkundet haben. Obwohl Wissenschaftler kürzlich Fortschritte gegen eine mutierte Form von KRAS gemacht haben, hatten sie kein Glück, auf mutierte p53 abzuzielen.

RAS und p53 "sind hochwertige Ziele", sagte Studienleiter Shibin Zhou, Ph.D., von Hopkins. "Die Menschen verfolgen diese Ziele seit vielen Jahren."

Es ist besonders schwierig, auf mutierte Formen von p53 abzuzielen, da es sich im Allgemeinen um inaktive Proteine handelt und die meisten Krebsmedikamente durch Abschalten überaktiver Proteine wirken. Gene wie TP53 , die das Zellwachstum steuern und bei Mutation inaktiv werden, werden als Tumorsuppressorgene bezeichnet .

"Es ist eine große Sache, dass wir einen Tumorsuppressor gezielt einsetzen konnten, weil es so schwierig ist, die Aktivität eines inaktiven Proteins wiederherzustellen", sagte die Studienforscherin Sandra Gabelli, Ph.D., von Hopkins.

Anstatt die Aktivität der mutierten Proteine zu blockieren oder wiederherzustellen, verwenden die neu entwickelten Antikörper Teile der mutierten Proteine als Bullseyes, was es Immunzellen erleichtert, Krebszellen zu finden und anzugreifen.

"Dieser Ansatz könnte auf andere häufige [krebsbedingte] Mutationen angewendet werden, die mit herkömmlichen Mitteln nur schwer zu bekämpfen sind und spezifischere Krebstherapeutika ermöglichen", schreiben die Autoren der Studie.

Suche nach spärlichen Neoantigenen

Im Labor hergestellte Antikörper sind die Grundlage vieler verschiedener Krebsbehandlungen . Sie können zwischen Proteinen unterscheiden, die bemerkenswert ähnlich sind, und sie sind einfacher und kostengünstiger herzustellen als zellbasierte Immuntherapien .

Ein Nachteil ist jedoch, dass Antikörper typischerweise zu groß sind, um in Zellen zu gelangen, und die meisten Proteine – einschließlich vieler, die das Krebswachstum antreiben – sich in der Zelle befinden. Aber es gibt eine Lücke: Sowohl gesunde als auch Krebszellen weisen auf ihrer Oberfläche Ausschnitte von inneren Proteinen auf, die von einer Art Gefäß namens HLA umgeben sind .

Krebszelloberflächen zeigen auch Fragmente mutierter Proteine, die als Neoantigene bekannt sind . Da dieselben Proteinschnipsel nicht in gesunden Zellen gefunden werden, ist es möglicherweise weniger wahrscheinlich, dass Medikamente, die auf Neoantigene abzielen, gesunde Zellen schädigen.

Es ist jedoch schwierig, Neoantigene mit Antikörpern zu bekämpfen, da diese eher selten sind: Auf der Oberfläche einer Krebszelle befinden sich weniger als 10 Neoantigene eines mutierten Proteins, so das Hopkins-Team. Die meisten auf Antikörpern basierenden Therapien erfordern Hunderte oder Tausende von Zielen, um eine Krebszelle zu finden und abzutöten.

Bis jetzt war dies eine wesentliche Einschränkung für die Entwicklung von Neoantigen-gerichteten Antikörperbehandlungen gegen Krebs, sagte Dr. Gabelli. Die vom Team entworfenen Antikörper scheinen in der Lage zu sein, diese spärlichen Ziele zu suchen und mit ihnen zu verknüpfen.

Diese Studien sind „Beweise für das Konzept, dass… wir ein Antigen mit niedriger Dichte auf die Oberfläche von Krebszellen abzielen und keine gesunden Zellen abtöten können“, sagte Suman Paul, MBBS, Ph.D., ein medizinischer Onkologe bei Hopkins.

Going After p53 und RAS

Vom menschlichen Körper hergestellte Antikörper sind Y-förmige Proteine mit zwei „Armen“, die an dasselbe Ziel binden. Forscher haben jedoch kreative "bispezifische" Antikörper entwickelt, die mit jedem Arm an ein anderes Ziel binden.

Bispezifische Antikörper gibt es in verschiedenen Konfigurationen. Das Hopkins-Team testete sechs verschiedene Typen und stellte fest, dass das „Single-Chain-Diabody“ -Format durchweg am besten funktioniert. Einkettige Diakörper sehen aus wie die Spitzen zweier verschiedener Antikörper, die Ende an Ende miteinander verschmolzen sind, erklärte der Strukturbiologe Dr. Gabelli.

Es ist "ein kleineres, kompakteres und globuläreres Protein als [ein normaler] Antikörper", fügte sie hinzu.

Das Team schuf einkettige Diakörper, die Proteinfragmente der häufigsten TP53- und RAS- Mutationen mit einem Ende und Immunzellen mit dem anderen Ende greifen. In Laborexperimenten banden die p53- und RAS-spezifischen Diakörper an ihre jeweiligen Neoantigen-Ziele, jedoch nicht an Fragmente von normalen p53- und RAS-Proteinen oder von anderen eng verwandten Proteinen.

Medikamente, die an etwas anderes als das beabsichtigte Ziel binden, können schwerwiegende Nebenwirkungen verursachen, stellten die Forscher fest.

In Laborschalen wiesen die einkettigen Diakörper Immunzellen an, verschiedene Arten von Krebszellen abzutöten, die entweder eine TP53- oder eine RAS- Mutation enthalten, einschließlich Eierstockkrebs, Bauchspeicheldrüsenkrebs und Leukämie.

Bei Mäusen schrumpfte die Behandlung mit dem p53-spezifischen Diakörper TP53- mutierte Tumoren im Vergleich zu einem "leeren" Diakörper, der nicht an p53-Fragmente bindet. Und bei Mäusen mit RAS- mutierten Tumoren verlangsamte die Behandlung mit RAS-spezifischen Diakörpern das Tumorwachstum geringfügig .

Ein Diakörper gegen Blutkrebs

Einige Blutkrebsarten beginnen, wenn Immunzellen, sogenannte B-Zellen oder T-Zellen , krebsartig werden.

Antikörper-basierte Therapien haben die Behandlung von B-Zell-Krebs drastisch verändert, sagte Dr. Paul. Beispielsweise ist der bispezifische Antikörper Blinatumomab (Blincyto) eine wirksame Behandlung für akute lymphoblastische B-Zell-Leukämie . Immuntherapien wie Blinatumomab, die an Proteine binden, die von allen B-Zellen exprimiert werden, können sowohl krebsartige als auch gesunde B-Zellen abtöten. Glücklicherweise können Patienten dem Verlust gesunder B-Zellen standhalten.

Andererseits würden Medikamente, die sowohl gesunde als auch krebsartige T-Zellen treffen, das Immunsystem der Person schwer schädigen, erklärte Dr. Paul. Daher gibt es nur wenige Antikörpertherapien für T-Zell-Krebserkrankungen (wie akute lymphatische T-Zell-Leukämie oder T-Zell-Lymphom ), da es schwierig war, Moleküle zu finden, die auf krebsartigen T-Zellen, aber nicht auf gesunden T-Zellen vorhanden sind.

In diesem Sinne konzentrierte sich das Hopkins-Team auf den T-Zell-Rezeptor (TCR). Jede normale oder krebsartige T-Zelle exprimiert 1 von 30 TCR-Genfamilien mit variabler Region. Diese Gene werden von gesunden T-Zellen mehr oder weniger zufällig exprimiert. Für eine Person mit T-Zell-Krebs exprimieren jedoch alle ihre krebsartigen T-Zellen dasselbe variable TCR-Gen, was bedeutet, dass sie alle einen identischen TCR haben.

Als Proof of Concept entwickelten die Forscher einkettige Diakörper, die auf zwei variable TCR-Gene abzielen. Tests im Labor zeigten, dass die Diakörper gesunde T-Zellen dazu veranlassten, krebsartige T-Zellen mit dem passenden variablen TCR-Gen spezifisch abzutöten.

Bei Mäusen, denen Leukämie-T-Zellen und gesunde menschliche T-Zellen implantiert wurden, verringerte die Behandlung mit einem der beiden Diakörper die Krebsmenge in den Mäusen drastisch . Darüber hinaus lebten Mäuse, die mit dem Leukämie-spezifischen Diakörper behandelt wurden, länger als Mäuse, die mit einem Diakörper behandelt wurden, der auf einen nicht verwandten Krebs abzielte. Wichtig ist, dass durch die Behandlung genügend gesunde T-Zellen geschont wurden, um ein funktionierendes Immunsystem aufrechtzuerhalten.

Potenzial als Krebsbehandlung

Die neu entwickelten Diakörper sind noch nicht bereit, in Humanstudien getestet zu werden. Das Forschungsteam hofft jedoch auf ihr Potenzial.

In einem Kommentar zu den drei Studien stellte Dr. Jon Weidanz von der University of Texas in Arlington mehrere Überlegungen zur Verwendung dieser Diakörper als Krebsbehandlung fest.

Eine davon ist, dass eine Behandlung auf Diabody-Basis eine Standard-Immuntherapie sein könnte, was ein großer Vorteil wäre. Solche Behandlungen könnten in loser Schüttung hergestellt und als leicht verfügbare Behandlung gelagert werden, während die CAR-T-Zelltherapie für jeden Patienten maßgeschneidert sein muss.

Die Diakörper müssten jedoch immer noch leicht angepasst werden, stellte das Forscherteam fest, da die Patienten für einen bestimmten Diakörper die passende Mutation und den passenden HLA-Typ oder das passende variable TCR-Gen haben müssten. Unterschiedliche Menschen können unterschiedliche Formen von HLA haben, obwohl einige Formen häufiger sind als andere.

Das Hopkins-Team hofft, Diakörper für die zehn häufigsten mutierten Krebsproteine und HLAs zu entwickeln. "Das würde weltweit für etwa 1 Million Patienten pro Jahr gelten." Dr. Gabelli bemerkte.

Wie solche Diakörper Patienten gegeben würden, ist eine weitere Überlegung, schrieb Dr. Weidanz. Bispezifische Antikörper sind klein, so dass sie innerhalb von Minuten bis Stunden aus dem Blut herausgefiltert werden, erklärte Dr. Paul. Zur Behandlung von Mäusen verwendeten die Forscher eine kleine Pumpe, die die Diakörper kontinuierlich freisetzt.

Blinatumomab, die bispezifische Antikörperbehandlung gegen B-Zell-Leukämie, wird den Patienten auf die gleiche Weise verabreicht. Und es zeigt „bemerkenswerte Erfolge in der Klinik. Das macht uns hoffnungsvoll, dass sich unsere Moleküle auch gut in die Klinik übertragen lassen “, sagte Dr. Paul.

Patienten, die Biomarker-Tests erhalten, stellen häufig fest, dass sie eine TP53- Mutation in ihrem Krebs haben, und fragen nach möglichen Medikamenten, um diese zu bekämpfen, sagte Dr. Paul. "Mit diesen Techniken können wir möglicherweise eingreifen und eine nützliche Behandlung anbieten, anstatt nur auf den [Test-] Bericht zu starren", sagte er.

TP53 wurde 1989 von Dr. Bert Vogelstein, einem leitenden Autor der Studien, und seinen Kollegen als Tumorsuppressorgen identifiziert. Einen Weg zu finden, um endlich auf das Protein abzuzielen, "ist ein Lebenstraum für ihn", sagte Dr. Zhou.

"Dies war eine echte interdisziplinäre Anstrengung" zwischen Experten für Krebsgenetik, Immunologie, Strukturbiologie und medizinische Onkologie, fügte Dr. Zhou hinzu.

"Wenn wir alle zusammen kommen, passieren gute Dinge", sagte er.

Quelle: National Cancer Institute

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