Aus dem Interfakultären Institut für Zellbiologie der Universität Tübingen Abteilung Immunologie Kartierung des HLA-Ligandoms der akuten myeloischen Leukämie zur Entwicklung einer therapeutischen Multipeptidvakzine Inaugural–Disseration zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin der Medizinischen Fakultät der Eberhard Karls Universität zu Tübingen vorgelegt von Berlin, Anne Claudia 2018 Dekan: Professor Dr. med. I. B. Autenrieth 1. Berichterstatter: Prof. Dr. S. Stevanovic 2. Berichterstatter: Privatdozent Dr. A. Yazdi 3. Berichterstatter: Professor Dr. P. Brossart Tag der Disputation: 25/04/2018 Meiner Familie Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis: ............................................................................................................ III Tabellenverzeichnis: .................................................................................................................. V Abkürzungsverzeichnis: ......................................................................................................... VII 1 Einleitung ............................................................................................................................ 1 1.1 Zusammenspiel zwischen Tumorgenese und Immunsystem ......................................... 1 1.2 Immunologische Grundlagen ....................................................................................... 2 1.2.1 T-Lmphozyten ......................................................................................................... 4 1.2.2 Major Histokompatibilitätskomplex (MHC)/Humanes Leukozytenantigen (HLA) 6 1.3 Tumorantigene ........................................................................................................... 10 1.4 Krebsimmuntherapie .................................................................................................. 14 1.5 Akute myeloische Leukämie (AML) ........................................................................... 17 1.5.1 Ätiologie ................................................................................................................ 18 1.5.2 Pathogenese: .......................................................................................................... 19 1.5.3 Risikofaktoren: ...................................................................................................... 21 1.5.4 Klinik: .................................................................................................................... 22 1.5.5 Diagnostik ............................................................................................................. 23 1.5.6 Therapie ................................................................................................................. 24 1.5.7 Prognose: ............................................................................................................... 33 1.6 Ziele der vorliegenden Arbeit .................................................................................... 34 2 Material und Methoden ................................................................................................... 36 2.1 Material ..................................................................................................................... 36 2.1.1 Reagenzien, Verbrauchsmaterial, Geräte .............................................................. 36 2.1.2 Zusammensetzung von Puffern und Medien ......................................................... 39 2.2 Patienten- und Spendercharakteristiken .................................................................... 40 Methoden ................................................................................................................................ 47 2.2.1 Allgemeine, zellbiologische Methoden ................................................................. 47 2.2.2 Quantifizierung der HLA-Oberflächenmolekülexpression ................................... 48 2.2.3 Methoden zur qualitativen HLA-Ligandomanalyse .............................................. 49 2.2.4 Peptidsynthese ....................................................................................................... 52 2.2.5 Methoden der T-Zellkultivierung und funktionellen Charakterisierung ............... 53 2.2.6 Software und statistische Analyse ......................................................................... 55 2.2.7 Quantitative Bestimmung der WT-mRNA Expression ......................................... 56 3 Ergebnisse ......................................................................................................................... 57 3.1 Quantitative HLA-Ligandomanalyse ......................................................................... 57 3.2 Qualitative HLA-Ligandomanalyse ........................................................................... 63 3.2.1 LC-MS/MS basierte Identifikation natürlich präsentierter HLA-Klasse-I- & -II- Liganden maligner und benigner granulo- und monozytärer Zellen .................................. 63 3.2.2 Vergleichende Analysen des HLA-Klasse-I-Ligandoms ...................................... 67 3.2.3 Identifikation natürlich präsentierter HLA-Klasse-I-Liganden etablierter AML- assoziierter Antigene .......................................................................................................... 72 3.2.4 Subgruppen-spezifischer Vergleich des HLA-Ligandoms von FLT3-ITD Mutationsträgern und FLT3-wildtypischen Patienten ........................................................ 78 3.3 Funktionelle T-Zell-Analysen zur orientierenden Charakterisierung des immunogenen Potentials exemplarisch ausgewählter HLA-Klasse-I-LiTAPs ........................ 82 3.4 Qualitative HLA-Analyse des HLA-Klasse-II-Ligandoms ......................................... 92 3.5 Funktionelle T-Zell-Analysen zur orientierenden Charakterisierung des immunogenen Potentials exemplarisch ausgewählter HLA-Klasse-II-LiTAPs .................... 101 I Inhaltsverzeichnis 4 Diskussion ........................................................................................................................ 104 4.1 Diskussion der HLA-Klasse-I-Ligandomanalyse ..................................................... 105 4.1.1 Diskussion der Ergebnisse der quantitativen HLA-Ligandomanalyse ................ 105 4.1.2 Diskussion der Ergebnisse qualitativen Ligandom-Analyse ............................... 107 4.1.3 Diskussion der Ergebnisse der Analysen zum immunogenen Potential ausgewählter Peptide ........................................................................................................ 115 4.2 Diskussion der HLA-Klasse II-Ligandomanalysen .................................................. 121 4.3 Auf dem Weg zur therapeutischen Anwendung und Ausblick .................................. 123 4.3.1 Interaktion einer Zytostatikabehandlung mit dem Immunpeptidom ................... 124 4.3.2 Kartierung des Immunopeptidom der Leukämie-Stammzellen ........................... 125 4.3.3 Neoantigene ......................................................................................................... 127 4.3.4 Tumormikromilieu: Immunsuppression & -evasion ........................................... 129 5 Zusammenfassung .......................................................................................................... 134 6 Anhang ................................................................................................................................. i 7 Literaturverzeichnis .......................................................................................................... iv 8 Erklärung zum Eigenanteil der Dissertationsschrift................................................ xxviii 9 Veröffentlichungen ........................................................................................................ xxix 10 Danksagung ..................................................................................................................... xxx 11 Lebenslauf ....................................................................... Fehler! Textmarke nicht definiert. II Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis: Abbildung 1.1: Graphische, schematische Darstellung der Antigenbelandung von MHC- Klasse-I-Molekülen 9 Abbildung 1.2: Modellvorstellung der Entstehung und Regulation einer anti-Tumor- Antwort 14 Abbildung 3.1: Durchflusszytometrie-basierte Quantifizierungsergebnisse für Kalibrierungsbeads 58 Abbildung 3.2: FACS-basierte quantitative Analyse der HLA-Klasse-I &-II Molekülexpression/Zelle für maligne myeloische Vorläuferzellen sowie autologe benigne, ausgereifte granulo- und monozytäre Zellen für AML 18. 59 Abbildung 3.3: quantitative Analyse der HLA-Klasse-I-Oberflächenexpression für fünf AML-Patienten basierend auf der HLA-Klasse-I-Expression (W6/32 mAb) für AML-Blasten (CD34+) und autologe, benigne Zellen (CD15+) 60 Abbildung 3.4: quantitative Analyse der HLA-Klasse-II-Oberflächenexpression für fünf AML-Patienten basierend auf der HLA-Klasse-DR-Expression (L243 mAb) für AML-Blasten (CD34+) und autologe, benigne Zellen (CD15+) 61 Abbildung 3.5: Darstellung der mittleren HLA-Klasse-I-Expression (links) und HLA- Klasse-II-Expression (rechts) für CD34+AML-Blasten im Vergleich CD15+ autologen, benignen Zellen 61 Abbildung 3.6: Vergleich der mittleren HLA-Klasse-I-Expression (links; W6/32mAb) und HLA-Klasse-II-Expression (rechts; L243mAb) von CD34+ AML-Blasten und benignen, hämatopoetischen Vorläuferzellen (CD34+, CD38-) freiwilliger gesunder Spender 62 Abbildung