DEZEMBER 2017 – A Transgenic Dual-Luciferase Reporter Mouse for Longitudinal and Functional Monitoring of T Cells In Vivo

Abstract

Adoptive T-cell therapy (ATT) efficacy is limited when targeting large solid tumors. The evaluation of ATT outcomes using accessory treatment would greatly benefit from an in vivo monitoring tool, allowing the detection of functional parameters of transferred T cells. Here, we generated transgenic bioluminescence imaging of T cells (BLITC) mice expressing an NFAT-dependent click-beetle luciferase and a constitutive Renilla luciferase, which supports concomitant in vivo analysis of migration and activation of T cells. Rapid transferability of our system to preestablished tumor models was demonstrated in the SV40-large T antigen model via both crossbreeding of BLITC mice into a T-cell receptor (TCR)-transgenic background and TCR transduction of BLITC T cells. We observed rapid tumor infiltration of BLITC CD8+ T cells followed by a burst-like activation that mirrored rejection kinetics. Using the BLITC reporter in the clinically relevant H-Y model, we performed female to male transfers and detected H-Y-specific alloreactivity (graft-versus-host disease) in vivo In an H-Y solid tumor model, we found migration of adoptively transferred H-Y TCR-transgenic CD4+ T cells into the tumor, marked by transient activation. This suggests a rapid inactivation of infiltrating T cells by the tumor microenvironment, as confirmed by their expression of inhibitory receptors. In summary, the BLITC reporter system facilitates analysis of therapeutic parameters for ATT, is rapidly transferable to models of interest not restricted to tumor research, and is suitable for rapid screening of TCR clones for tumor rejection kinetics, as well as off-target effects.

Interview

Im Dezember wurden Il-Kang Na und Martin Szyska mit dem Paper of the Month ausgezeichnet. Wir haben Martin Szyksa zum Inhalt des Papers und seiner Forschung befragt.

Woran forschen Sie? Was ist der Kern Ihrer Forschung? Was motiviert Sie bei ihrer Forschung?

Wir forschen an der Verbesserung der adoptiven T-Zelltherapie (ATT) zur noch wirksameren Bekämpfung von Krebserkrankungen. Zu diesem Ziel haben wir eine Methode entwickelt, mit der man die Wirksamkeit und die Grenzen bisheriger T-Zelltherapieformen detailliert analysieren kann. Aus den gewonnenen Informationen lassen sich wertvolle Schlüsse ziehen darüber, welche Kombination von Therapien zusammen mit der ATT den besten Effekt gegen den Tumor zeigt. Unser Antrieb ist es, eine geniale Idee, welche die T-Zelltherapie zweifelsohne ist, soweit zu verbessern, dass sie einer möglichst großen Zahl von Patientinnen und Patienten zur Heilung verhilft.

Was ist die zentrale Kernaussage Ihrer Publikation und wodurch unterscheidet sich Ihre Studie von den Arbeiten anderer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in diesem Feld?

Wo bisherige Ansätze zum Monitoring der T-Zellantwort einzig das Wanderungs- und Vermehrungsverhalten der injizierten Immunzellen ermöglichten, bietet unsere neue Methode die Möglichkeit, im lebenden Organismus sowohl die Wanderung als auch die Aktivierung der T-Zellen über einen langen Zeitraum zu erfassen. Dies ist äußert wichtig, da in vielen Fällen die Funktion der T-Zellen erst nach der Wanderung zum Tumor abgeschaltet wird, wodurch der Krebs sich gegen die Therapie schützt. Unser biolumineszentes Reportermodell bietet hierbei die Möglichkeit, zu untersuchen, welche Therapie-Ansätze nun diese Art der Tumorabwehr wirksam unterdrücken können.

Mit welchen Kooperationspartnern ist die Publikation entstanden? Wer war maßgeblich mit daran beteiligt?

Unsere Methode basiert auf einem transgenen Reporterkonstrukt, welches Il-Kang Na im Labor von Marcel van den Brink im Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, New York entwickelt hat. Die aktuelle Arbeit entstand in enger Kooperation mit der AG Blankenstein am MDC im Rahmen des SFB-TR36.

Welche nächsten Schritte sind für das Projekt geplant und was sind mögliche Implikationen Ihrer Ergebnisse für Patientinnen und Patienten?

In dieser Publikation haben wir die Anwendbarkeit unseres NFAT-Reporters in einem klinisch relevanten Tumormodell unter Beweis gestellt. Unser Hauptanliegen ist es nun, mithilfe der erweiterten Möglichkeiten unserer Methode zu untersuchen, welche Kombination von T-Zellen mit weiteren modernen Krebstherapien wie zum Beispiel Checkpoint-Inhibition die optimale Wirkung am Tumor, und damit die besten Heilungschancen, verspricht. Dafür ist es unerlässlich, die Verteidigungsstrategien im zeitlichen Verlauf der Erkrankung mithilfe unserer Methode besser verstehen zu lernen, um im richtigen Moment mit der richtigen Therapie einzugreifen.
Neben der Optimierung von Kombinationstherapien kann unser Modell aber auch helfen, besser zu verstehen, unter welchen Umständen sich die ATT gegen gesunde Gewebe des Patienten richtet und wie diese toxische Nebenwirkung optimal zu unterdrücken wäre. Weiterhin liefert unsere Methode neue Einblicke in die Reifungsprozesse von T-Zellen im Thymus, die wir in einem Folgeprojekt genauer untersuchen.