Molekulare und zelluläre Mechanismen des anti-β7-Antikörpers Etrolizumab bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2023-08-21
Issue Year
2023
Authors
Lichnog, Charlotte Caroline
Editor
Abstract

Background Anti-integrin therapy is a new frontline strategy in the treatment of inflammatory bowel diseases (IBD). The anti-β7 integrin antibody etrolizumab has just completed a large phase III trial program to assess safety and efficacy in Crohn`s disease (CD) and ulcera-tive colitis (UC). Mechanistically, etrolizumab is known to block β7 integrin and thus, to abrogate intestinal immune cell trafficking depending on α4β7 integrin. Moreover, etrolizumab blocks αEβ7 integrin and consequently reduces immune cell retention in the inflamed gut mucosa. However, the exact mechanisms on a cellular level are not fully understood. Methods Cellular effects of etrolizumab were investigated using immunological and cell biologi-cal methods. The analyses were carried out using flow cytometry, fluorescence micros-copy and stimulated emission depletion (STED) microscopy. Functional interactions were investigated by using dynamic in vitro adhesion assays. Results As demonstrated by several different approaches, etrolizumab treatment led to internali-zation of β7 integrin. This resulted in impaired dynamic adhesion to Mucosal Addressin Cell Adhesion Molecule-1 (MAdCAM-1). Internalized β7 integrin localized and de-composed in lysosomes and endosomes. Re-expression of β7 Integrin was dependent on de novo protein synthesis. In vitro treatment with anti-β7-antibodies did not lead to cel-lular activation or cytokine secretion. Discussion Our data suggest that anti-β7-treatment does not elicit secondary effector functions on the single cell level which is consistent with favourable safety profile observed in clini-cal studies. β7 integrin internalization may be an important mechanism of action of etrolizumab, which might explain some but not all immunological effects observed with etrolizumab.

Abstract

Hintergrund Anti-Integrin Therapien sind eine neue Strategie in der Therapie von chronisch entzünd-lichen Darmerkrankungen (CED). Etrolizumab, ein anti-β7-Integrin-Antikörper, hat jüngst ein großes Phase III-Studien-Programm zur Untersuchung von Effektivität und Sicherheit bei der Therapie von Morbus Crohn (MC) und Colitis Ulcerosa (CU) durch-laufen. Etrolizumab bindet an das Integrin β7 auf der Oberfläche von Lymphozyten und blockiert so α4β7 Integrin-vermitteltes Einwandern dieser Zellen in die Mukosa des Darmes. Des Weiteren kann es über Bindung an αEβ7 Integrin die mukosale Retention blockieren. Der genaue Wirkmechanismus auf zellulärer Ebene war bislang unklar. Methoden In dieser Arbeit wurden mithilfe von immunologischen und zellbiologischen Methoden die zellulären Effekte von Etrolizumab untersucht. Insbesondere kamen Durchflusszy-tometrie, Immunfluoreszenzmikroskopie und stimulated emission depletion (STED)-Mikroskopie zum Einsatz. Funktionelle Wechselwirkungen wurden mit Hilfe von dy-namischen in-vitro Adhäsionsassays untersucht. Ergebnisse Wie in verschiedenen Ansätzen gezeigt werden konnte, führt die Exposition von Lym-phozyten mit Etrolizumab zur Internalisierung des β7 Integrins ins Innere der Zelle. Dies hat zur Folge, dass die dynamische Adhäsion von α4β7 Integrin an Mucosal Addressin Cell Adhesion Molecule-1 (MAdCAM-1) beeinträchtigt wird. Das internali-sierte β7 Integrin wird in Lysosomen und Endosomen aufgenommen und von diesen abgebaut. Daher bedarf es für die Re-Expression des β7 Integrins auf der Oberfläche der Zellen der De-Novo-Proteinsynthese. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die in-vitro Behandlung mit dem anti-β7-Antikörper weder zu einer Zellaktivierung noch zu einer Zytokinausschüttung führt. Schlussfolgerung Somit konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass anti-β7-Therapie keine sekundären Effektorfunktionen auf der Ebene der Einzelzellen auslöst, was in Einklang mit dem in Studien beobachteten günstigen Sicherheitsprofil steht. Die nachgewiesene Internalisierung des β7 Integrins scheint ein entscheidender Mechanismus in der Wirk-weise von Etrolizumab zu sein und könnte somit einen Teil der klinisch beobachteten immunologischen Effekte von Etrolizumab erklären.

DOI
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