Safety and therapeutic efficacy of adoptive p53-specific T cell antigen receptor (TCR) gene transfer

Immunotherapy with T cells genetically modified by retroviral transfer of tumor-associated antigen (TAA)-specific T cell receptors (TCR) is a promising approach in targeting cancer. Therefore, using a universal TAA to target different tumor entities by only one therapeutic approach was the main criteria for our TAA-specific TCR. Here, an optimized (opt) αβ-chain p53(264-272)-specific and an opt single chain (sc) p53(264-272)-specific TCR were designed, to reduce mispairing reactions of endogenous and introduced TCR α and TCR β-chains, which might lead to off-target autoimmune reactions, similar to Graft-versus-host disease (GvHD). rnIn this study we evaluated the safety issues, which rise by the risk of p53TCR gene transfer-associated on/off-target toxicities as well as the anti-tumor response in vivo in a syngeneic HLA-A*0201 transgenic mouse model. We could successfully demonstrate that opt sc p53-specific TCR-redirected T cells prevent TCR mispairing-mediated lethal off-target autoimmunity in contrast to the parental opt αβ-chain p53-specific TCR. Since the sc p53-specific TCR proofed to be safe, all further studies were performed using sc p53-specific TCR redirected T cells only. Infusion of p53-specific TCR-redirected T cells in Human p53 knock-in (Hupki) mice after lymphodepletion-preconditioning regimen with either sublethal body irradiation (5Gy) or chemotherapy (fludarabine and cyclophosphamide) in combination with vaccination (anti-CD40, CpG1668 and p53(257-282) peptide) did not result in a depletion of hematopoietic cells. Moreover, adoptive transfer of high numbers of p53-specific TCR-redirected T cells in combination with Interleukin 2 (IL-2) also did not lead to toxic on-target reactions. The absence of host tissue damage was confirmed by histology and flow cytometry analysis. Furthermore, p53-specific TCR-redirected T cells were able to lyse p53+A2.1+ tumor cells in vitro. However, in vivo studies revealed the potent suppressive effect of the tumor microenvironment (TME) mediated by tumor-infiltrating myeloid-derived suppressor cells (MDSC). Accordingly, we could improve an insufficient anti-tumor response in vivo after injection of the sc p53-specific TCR-redirected T cells by additional depletion of immunosuppressive cells of the myeloid lineage.rnTogether, these data suggest that the optimized sc p53(264-272)-specific TCR may represent a safe and efficient approach for TCR-based gene therapy. However, combinations of immunotherapeutic strategies are needed to enhance the efficacy of adoptive cell therapy (ACT)-mediated anti-tumor responses.

Immuntherapien mit T-Zellen, welche durch retroviralen T-Zell Rezeptor (TZR) Gentransfer modifiziert wurden, sind ein vielversprechender Ansatz für die Krebstherapie. Hauptkriterium unseres therapeutischen Ansatzes ist das Verwenden von TZR, die spezifisch für universelle Tumor-assoziierte Antigene (TAA) sind, um so verschiedene Tumorentitäten anzusprechen. Hierzu wurde ein optimierter (opt) αβ-Ketten p53(264-272)-spezifischer TZR und ein opt einzelketten p53(264-272)-spezifischer TZR entwickelt, um gezielt die Fehlpaarung von endogenen und retroviral eingeführten TZR-Ketten zu verhindern. Fehlpaarungen können zu sogenannter ‚off-target’ Toxizität führen, die in ihrer Art einer 'Graft-versus-host' Reaktion (GvHD) ähnelt und somit ein wichtiges Kriterium in Bezug auf die Sicherheit des adoptiven TZR-Gentransfers darstellt. rnIn dieser Studie wurde sowohl der Sicherheitsaspekt des adoptiven p53-spezifischen TZR-Gentransfers, als auch die anti-tumorale Antwort in vivo mittels eines syngenen HLA-A*0201 transgenen Mausmodells untersucht. rnWir konnten erfolgreich zeigen, dass T-Zellen, die mit dem opt einzelketten p53-spezifischen TZR – im Gegensatz zu dem opt αβ-Ketten p53-spezifischen TZR – transduziert wurden, eine durch Fehlpaarung induzierte lethale GvHD verhindern. Auch das Einbringen des einzelketten p53-spezifischen TZR in T-Zellen von Mäusen, die ein humanes p53 'knock-in' Gen besitzen (HupKi Mäuse), zeigt nach Lymphodepletion durch Bestrahlung (5Gy) oder Chemotherapie (Fludarabin und Cyclophosphamid) in Kombination mit Vakzinierung (anti-CD40, CpG1668 und p53(257-282) Peptid) oder Interleukin-2 (IL-2) keine ‚on-target’ Toxitizät oder Depletion von hämatopoietischen Wirtszellen. Das Ausbleiben von Gewebsschäden konnte durch histologische und durchflusszytometrische Analysen bestätigt werden. Wir konnten zeigen, dass der einzelketten p53-spezifische-TZR eine Lyse von p53+A2.1+ Tumorzellen in vitro bewirkt. Jedoch offenbarten weitere in vivo Untersuchungen, dass das Tumormikromilieu maßgeblich durch die Infiltration von 'myeloid-derived suppressor cells' (MDSC) einen starken immuninhibitorischen Effekt ausübt. Erst durch die kombinierte Infusion von p53-spezifischen TZR T-Zellen und zusätzlicher Depletion der MDSCs konnte eine zuvor unzureichende anti-tumorale Antwort in vivo gesteigert werden. rnZusammenfassend zeigte sich, dass der einzelketten p53-spezifische TZR einen sicheren und effizienten Therapieansatz für eine TZR-basierte Gentherapie darstellt. Die Kombination verschiedener immuntherapeutischer Strategien kann dabei die Effizienz der durch TZR-Gentransfer vermittelten anti-tumoralen Antwort steigern.