Establishment of a human CD22-transgenic lymphoma mouse model to study immunotherapies in organ-specific tumor microenvironments

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Granting Institution
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Issue Date
2023-12-01
Authors
Gsottberger, Franziska
Editor
Abstract

Tumors represent heterogeneous networks consisting not only of tumor cells but also of various cellular and non-cellular components, known as the tumor microenvironment (TME). The composition of the TME is highly variable and depends on tumor entity and tumor site. Immune cells are a key component of the TME. At early stages, immune cells can potently eliminate cancer cells, whereas the TME of established tumors is often immunosuppressive and prevents anti-tumor immune responses. Therefore, novel therapies targeting the inhibitory TME, like immune checkpoint inhibitors, have been developed to (re-)activate immune cells against the cancer. Apart from direct modulation of immune cells, tumor cell-targeted therapies, like immunotoxins, can stimulate immune responses by induction of immunogenic cell death. A promising antigen to target B cell lymphoma is CD22. However, currently established CD22-targeted therapies only recognize the human and not the murine protein. Consequently, these drugs have exclusively been studied in immunocompromised xenograft models, despite the importance of the TME for treatment response. The aim of this thesis was the establishment of a human CD22+ lymphoma mouse model to enable the preclinical study of CD22-targeted therapies within immune-competent TMEs. To this end, mice carrying a 􀀁-MYC translocation were crossbred with mice expressing a chimeric human-murine CD22 (h/mCD22). The resulting offspring spontaneously developed murine h/mCD22+ B cell lymphoma, which were re-injected subcutaneously or systemically in syngeneic mice. While stable engraftment of these lymphoma clones was achieved independently of injection route, only systemically growing lymphoma recapitulated organ-specific immune infiltration that resembled human disease. Upregulation of the immune checkpoints PD-1/PD-L1 and the presence of myeloid-derived suppressor cells also suggested an immunosuppressive TME. Treatment with the CD22-targeted immunotoxin Moxetumomab pasudotox (Moxe) resulted in significant tumor regression in bone marrow and spleen, while tumor response in lymph nodes strongly varied among lymphoma clones. Moreover, Moxe induced an expansion of pro-inflammatory myeloid cells. Despite persistence of these cells after treatment, acute inflammation subsided and tumors relapsed. Hence, Moxe was combined with the immune-stimulatory checkpoint inhibitor anti-PD-L1, which led to an additional activation of T cells and prolonged survival. However, consistent with clinical experience, anti-PD-L1 did not achieve long-lasting anti-tumor immune responses. In conclusion, the established human CD22+ lymphoma model represents the first mouse model to study CD22-targeted drugs within immune-competent and organ-specific TMEs. Furthermore, it provides a unique platform to explore the combination of targeted therapy with immune-modulatory drugs for future clinical translation.

Abstract

Tumore stellen heterogene Netzwerke dar, die nicht nur aus Tumorzellen bestehen, sondern auch aus verschiedenen zellulären und nichtzellulären Komponenten, welche als die Tumormikroumgebung (englisch: tumor microenvironment, TME) bezeichnet werden. Die Zusammensetzung des TME ist sehr variabel und hängt von der Tumorentität und der Tumorlokalisation ab. Immunzellen sind ein wichtiger Bestandteil des TME. Im Anfangsstadium können Immunzellen Krebszellen wirksam eliminieren, wohingegen das TME etablierter Tumore häufig immunsuppressiv ist und eine Immunantwort gegen den Tumor verhindert. Daher wurden neuartige Therapien wie beispielsweise Immun-Checkpoint-Inhibitoren entwickelt, welche auf das inhibitorische TME abzielen und Immunzellen gegen den Krebs (re-)aktivieren. Neben der direkten Modulation von Immunzellen können Therapien wie Immunotoxine, die gegen die Tumorzelle selbst gerichtet sind, Immunantworten durch Induktion des immunogenen Zelltods stimulieren. Ein vielversprechendes Antigen zur zielgerichteten Behandlung von B-Zell-Lymphomen ist CD22. Derzeitig etablierte Therapien, die auf CD22 abzielen, erkennen jedoch nur das menschliche und nicht das murine Protein. Daher wurden diese Medikamente bisher ausschließlich in immunkompromittierten Xenotransplantatmodellen untersucht, obwohl das TME für das Therapieansprechen von großer Bedeutung ist. Das Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines human CD22+ Lymphom-Mausmodells, um die präklinische Untersuchung von Therapien gegen CD22 in immunkompetenten TMEs zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden Mäuse, die eine 􀀁-MYC-Translokation tragen, mit Mäusen gekreuzt, die ein chimäres human-murines CD22 (h/mCD22) exprimieren. Die daraus resultierenden Nachkommen entwickelten spontan murine h/mCD22+ B-Zell-Lymphome, die subkutan oder systemisch in syngene Mäuse re-injiziert wurden. Während stabiles Anwachsen dieser Lymphomklone unabhängig von der Art der Injektion erzielt wurde, rekapitulierte nur das systemisch wachsende Lymphom eine organspezifische Immuninfiltration, die der Erkrankung im Menschen ähnelte. Die Hochregulierung der Immun-Checkpoints PD-1/PD-L1 und das Vorhandensein von inhibitorischen myeloiden Zellen, sog. myeloid-derived suppressor cells, deuteten zudem auf ein immunsuppressives TME hin. Die Behandlung mit dem Immunotoxin Moxetumomab Pasudotox (Moxe), welches gegen CD22 gerichtet ist, führte zu einer signifikanten Tumorregression in Knochenmark und Milz, während das Ansprechen in den Lymphknoten je nach Lymphomklon stark variierte. Darüber hinaus induzierte Moxe eine Expansion proinflammatorischer myeloider Zellen. Trotz Persistenz dieser Zellen nach der Behandlung klang die akute Entzündung ab und die Tumore relabierten. Daher wurde Moxe mit dem immunstimulierenden Checkpoint-Inhibitor Anti-PD-L1 kombiniert, was zu einer zusätzlichen Aktivierung von T-Zellen und einer Verlängerung des Überlebens führte. In Übereinstimmung mit klinischen Erfahrungen konnten mit Anti-PD-L1 jedoch keine langanhaltenden Anti-Tumor-Immunantworten erzielt werden. Abschließend lässt sich sagen, dass das etablierte human CD22+ Lymphom-Modell das erste Mausmodell zur Untersuchung von zielgerichteten Medikamenten gegen CD22 in immunkompetenten und organspezifischen TMEs darstellt. Darüber hinaus bietet es eine einzigartige Plattform, um die Kombination von zielgerichteten Therapien mit immunmodulatorischen Medikamenten für eine zukünftige klinische Translation zu erforschen.

DOI
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