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Generation of IgE-based immunotherapies against HER-2 overexpressing tumours

Regina Knittelfelder

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Erika Jensen-Jarolim

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DOI

10.25365/thesis.10543

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29285.95906.320760-6

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Ergänzend zu Chemotherapie und Strahlentherapie ist die passive Immuntherapie mit monoklonalen Antikörpern eine moderne Behandlungsmethode in der Krebstherapie. Zwei Eigenschaften von Antikörpern werden dabei genutzt: i) über das Fab Fragment binden sie spezifisch Tumorantigene und ii) über den Fc Teil rekrutieren sie Effektorzellen und aktivieren das Komplementsystem. Einer dieser Antikörper ist Trastuzumab (Herceptin®), ein wachstumshemmender, humanisierter, monoklonaler IgG1 Antikörper. Trastuzumab ist gegen das Tumorantigen HER-2 gerichtet, welches in 30% aller Brusttumore überexprimiert wird. Alle Antikörper, die bis jetzt in Form von passiver Immuntherapie in der Klinik eingesetzt werden, sind ausschließlich der IgG Subklasse zu zuordnen. Antikörper der IgE Subklasse sind hingegen bekannt für ihre schädliche Funktion in der Typ I Allergie. Es ist jedoch kaum bekannt, dass IgE Antikörper eine anti-Tumor Wirkung haben und diese Eigenschaft für Immuntherapien in der Onkologie ausgenutzt werden könnte. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es daher alternative Strategien zur Behandlung von Krebserkrankungen basierend auf IgE Antikörper zu untersuchen, sowie deren Wirksamkeit mit der von IgG zu vergleichen. Die orale Immunisierungsroute eignet sich sehr gut zur Induktion einer Th2 Immunantwort mit hoch affinen IgE Antikörpern, die gegen das applizierte Antigen gerichtet sind. Daher wird die Etablierung eines IgE-abhängiges Nahrungsmittelallergiemodells in Mäusen beschrieben. Dieses Modell haben wir anschließend für unsere Krebsstudien adaptiert. Mäuse wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen von Ovalbumin unter gleichzeitiger Säuresuppression gefüttert. Dies führte zu einer Induktion von antigen-spezifischen IgE in einem Th2 Milieu. Dieses orale Immunisierungsschema wurde auch mit HER-2 Mimotopen, d.h. Peptide, die das Trastuzumab-Epitop imitieren, angewendet. Die durch das Mimotop induzierten IgE Antikörper erkannten spezifisch das Tumorantigen auf HER-2 überexprimierende Brustkrebszellen und führten zur Lyse der Tumorzellen. Ergänzend zu diesem aktiven immuntherapeutischen Ansatz wurde ein Trastuzumab IgE Antikörper für passive Immuntherapie konstruiert. Wir konnten zeigen, dass Trastuzumab IgE die gleiche Spezifität wie Trastuzumab IgG besitzt. In einem Three-Colour Flow Cytometric Assay zeigte sich, dass beide Antikörper Tumorzellen erfolgreich zerstören, dies aber durch unterschiedliche Mechanismen tun: Trastuzumab IgG führte zu „antibody-dependent cellmediated phagocytosis“ (ADCP), während Trastuzumab IgE „antibody-dependent cellmediated cytotoxicity“ (ADCC) auslöste. Ausgehend von den hier präsentierten Daten schließen wir, dass tumor-spezifisches IgE, aktiv induziert oder passiv verabreicht, eine vielversprechende Alternative zu Immuntherapien mit IgG gegen Krebs darstellt.

Abstract

(Englisch)

In combination with chemotherapy or radiation, passive immunotherapy with monoclonal antibodies is state of the art in cancer therapy. For this purpose, two properties of antibodies are harnessed: i) via the Fab fragment they bind a specific tumour antigen and ii) via the Fc portion they recruit effector cells and activate the complement system. One of these antibodies is trastuzumab (Herceptin®), a growth-inhibitory humanized monoclonal IgG1 antibody recognizing the tumour antigen HER-2, which is overexpressed in 30% of human breast cancers. Interestingly, all antibodies applied for passive immunotherapy are so far exclusively of the IgG subclass. In contrast, antibodies of the IgE subclass are best-known for their detrimental function in type I hypersensitivity. It is little-known that IgE has anti-tumour capacity which could be exploited for immunotherapy of cancer. Thus, the aim of this doctoral thesis was to examine alternative strategies for cancer treatment based on IgE antibodies, and to compare their efficacy with that of IgG. The oral immunization route is well suited for the induction of a Th2 immunity including high affine IgE responses to administered antigens. Therefore, the establishment of an IgEdependent food allergy model in mice is described, which we applied also for our cancer studies. When mice were fed with different concentrations of ovalbumin under concomitant anti-acid medication, an antigen-specific IgE induction in a Th2 environment could be achieved. This oral vaccination regimen was also used for feeding HER-2 mimotopes, i.e. epitope-mimics of the anti-HER-2 IgG antibody trastuzumab. Indeed, these mimotopes induced IgE antibodies recognizing the tumour antigen which were able to bind HER-2 overexpressing breast cancer cells and led to tumour cell lysis. Complementary to this active immunotherapeutic approach a trastuzumab-like IgE antibody for passive immunotherapy was constructed. We could show that this trastuzumab IgE exhibited the same specificity as the original trastuzumab IgG. Moreover, a three-colour flow cytometric assay indicated that even though both antibodies were able to induce tumour cell killing, they used different mechanisms: trastuzumab IgG acted via antibody-dependent cell-mediated phagocytosis (ADCP), whereas trastuzumab IgE elicited mostly antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC). Based on the presented data we conclude that tumour-specific IgE, induced actively or applied in a passive manner, represents a potent alternative to IgG-based immunotherapies against cancer.

Autor*innen

Regina Knittelfelder

Haupttitel (Englisch)

Generation of IgE-based immunotherapies against HER-2 overexpressing tumours

Paralleltitel (Deutsch)

Generierung von Immuntherapien gegen HER-2 überexprimierende Tumore basierend auf IgE

Paralleltitel (Englisch)

Generation of IgE-based immunotherapies against HER-2 overexpressing tumours

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

98 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Gernot Achatz ,

Edzard Spillner

Klassifikationen

44 Medizin > 44.45 Immunologie ,

44 Medizin > 44.81 Onkologie

AC Nummer

AC08209151

Utheses ID

9521

Studienkennzahl

UA | 091 | 442 | |

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Schlagwörter