Resistance Mechanisms of Non-Hodgkin Lymphomas against Rituximab Treatment

Rituximab, a monoclonal antibody against B-cell specific CD20 antigen, is used for the treatment of non-Hodgkin lymphomas (NHL) and chronic lymphatic leukemia. In combination with chemotherapeutics rituximab has remarkably improved the outcome of NHL patients, but a vast variation in the lengths of remissions remains and the outcome of individual patients is difficult to predict. This thesis has searched for an explanation for this by studying the effector mechanisms of rituximab and by comparing gene expression in lymphoma tissue samples of patients with long- and short-term survival. This work demonstrated that activation of complement (C) system is in vitro more efficient effector mechanism of rituximab than cellular mechanisms or apoptosis. Activation of the C system was also shown in vivo during rituximab treatment. However, intravenously administered rituximab could not enter the cerebrospinal fluid, and neither C activation nor removal of lymphoma cells was observed in central nervous system. In vitro cytotoxicity assays showed that rituximab-induced cell killing could be markedly improved with simultaneous neutralization of the C regulatory proteins CD46 (Membrane cofactor protein), CD55 (Decay-accelerating factor), and CD59 (protectin). In a retrospective study of follicular lymphoma (FL) patients, low lymphoma tissue mRNA expressions of CD59 and CD55 were associated with a good prognosis and in a progressive flow cytometry study high expression of CD20 relative to CD55 was correlated to a longer progression free survival. Gene expression profile analysis revealed that expression of certain often cell cycle, signal transduction or immune response related genes correlate with clinical outcome of FL patients. Emphasizing the role of tumor microenvironment the best differentiating genes Smad1 and EphA1 were demonstrated to be mainly expressed in the non-malignant cells of tumors. In conclusion, this thesis shows that activation of the C system is a clinically important effector mechanism of rituximab and that microenvironment factor in tumors and expression of C regulatory proteins affect markedly the efficacy of immunochemotherapy. This data can be used to identify more accurately the patients for whom immunochemotherapy is given. It may also be beneficial in development of rituximab-containing and other monoclonal antibody therapies against cancer.

Rituksimabi on ensimmäinen syövän hoitoon kehitetty vasta-ainehoito, ns. täsmälääke. Yhdistelmähoitona solunsalpaajien kanssa se on tehokas hoitomuoto useisiin imusolmukesyöpiin. Rituksimabi on lääke, joka kykenee tehokkaasti tunnistamaan syöpäsolut, mutta kaikilla potilailla hoito ei johda kaikkien syöpäsolujen tuhoutumiseen eivätkä he tällöin hyödy hoidosta. Väitöskirjatyössä tutkittiin rituksimabin vaikutustapaa ja kehitettiin uutta menetelmää rituximabihoidosta hyötyvien potilaiden tunnistamiseksi ja rituksimabin tehon parantamiseksi. Rituksimabihoidosta hyötymättömien potilaiden tunnistaminen ennakolta on tärkeää, jotta heille voidaan antaa muita paremmin tehoavia hoitoja jo taudin alkuvaiheessa. Tarkempi potilasvalinta tuo myös tuntuvia taloudellisia säästöjä, kun kalliit vastaainehoidot kyetään kohdentamaan niistä hyötyville potilaille. Väitöskirjatutkimuksessa osoitettiin solulinjamallissa, että rituximabi tuhoaa syöpäsoluja ns. komplementtijärjestelmän avulla. Komplementti on veren proteiineista koostuva osa elimistön luonnollista puolustusjärjestelmää. Säilyäkseen elossa elimistön omat solut, myös syöpäsolut, ovat suojautuneet komplementtia vastaan erityisillä komplementtisuojamolekyyleillä. Työssä todettiin, että estämällä komplementtisuojamolekyylien toiminta syöpäsoluissa, rituksimabin aiheuttama syöpäsolujen tuho lisääntyy merkittävästi. Imusolmukesyövän pikainen uusiminen rituksimabi-solunsalpahoidon jälkeen kytkeytyi komplementtisuojamolekyylien määrään potilaiden syöpäsoluissa. Lisäksi tutkimus toi esille elimistön puolustusjärjestelmien toimintaan liittyvän Epha1-proteiinin. Myös sen pieni määrä syöpäkudoksen terveissä soluissa kytkeytyi syövän pikaiseen uusimiseen. Tutkimustulokset siis osoittavat, että rituksimabin teho imusolmukesyövässä voi olla riippuvainen syöpäsolujen kyvystä puolustautua komplementtia vastaan ja Epha1-proteiinin määrästä syöpäkudoksessa. Tutkimuksen potilasaineistot ovat suhteellisen pieniä, minkä vuoksi tulosten merkityksellisyys on varmistettava isommilla potilasaineistoilla. Mikäli lisätutkimukset vahvistavat saadut tulokset, käytettävissämme on uusi menetelmä rituksimabihoidosta hyötyvien potilaiden tunnistamiseen. Väitöskirjan esittämä komplementtisuojamolekyylien toiminnan esto olisi myös uusi tapa tehostaa rituximabihoitoa ja muita vastaavanlaisia syövän täsmähoitoja.