Kako se tumorska celica izogne imunskemu

Kako se tumorska celica izogne imunskemu odzivu?

Avtorica: Natalija Sebanc I Recenzent: izr. prof. dr. Tomaž Bratkovič, mag. farm.

Aktualne raziskave v onkologiji so usmerjene v korist imunskega sistema, da bi ta učinkovito prepoznal in uničil tumorske celice. Osrednjo obrambo proti rakavim celicam predstavljajo T-celice, zato so izjemno zanimive v imunoterapiji tumorjev. Citotoksične limfocite T, ki prepoznajo specifične tumorske antigene, namreč lahko izoliramo, jih v pogojih in vitro namnožimo in vrnemo bolnikom. Žal se prepogosto rakavim celicam uspe s časom izmakniti prepoznavanju imunskega sistema, kar je povezano s heterogenostjo in nenehnim spreminjanjem tumorja. Razumevanje strategij, s katerimi se rakave celice izmaknejo imunski prepoznavi, je ključnega pomena za načrtovanje optimalnega in personaliziranega zdravljenja.

Tumorsko celico predstavlja celica, katere funkcija, velikost ali oblika se je spremenila zaradi različnih dejavnikov in se ne ujema z njeno prvotno biologijo. Sama tumorska celica za organizem ni škodljiva. Zaplet tvori tako genetsko spremenjena celica, ki se nekontrolirano deli in s tem ustvari skupek takih celic. Množica nenormalnih celic tvori tumor. Tumorje delimo na benigne in maligne. Benigni tumor tvorijo nenormalno deleče se celice. Te lahko še vedno ohranijo svojo prvotno funkcijo. Benigni tumor se ne širi izven primarnega organa in ostane na prvotni lokaciji, kjer se je sprememba pojavila. Nasprotno je maligni tumor sestavljen iz bolj spremenjenih celic. Celice se nenormalno delijo in širijo tudi izven prvotnega okolja. Tumor zaseva, ker se spremenjene celice lahko odcepijo od sosednjih celic in preidejo bazalno lamino ter se tako naselijo v sosednjih vezivnih tkivih ali ker vstopijo v krvni obtok in se ustalijo v naključnih organih, ki so oddaljeni od prvotnega mesta. Bazalna lamina je plast medceličnine, deluje kot ločnica med različnimi okolji v organizmu in praviloma ne prepušča celic. Kako rakava celica predre bazalno lamino? Izraža lahko površinske receptorje (adhezijske molekule), ki se vežejo na (gliko)proteine bazalne lamine, ali pa proizvaja encime, ki zunajcelični matriks razgradijo. Zakaj spremenjena celica sploh nastane? Napaka se pojavi v njenem genskem materialu pri podvajanju v obliki mutacij – spremenjenem zaporedju nukleotidov, nenormalnem številu ali obliki kromosomov (kot so translokacije, delecije, insercije itd.). Ena sama mutacija ne zadošča za razvoj raka. Potrebno je večje število mutacij, ki se naberejo čez leta podvajanja celic. Tako genetsko spremenjene celice pridobijo lastnosti, ki jim omogočajo nenadzorovano deljenje in migracijo. Za rakavo celico so pomembni sposobnost odcepitve od sosednjih celic, osamosvojitev in preživetje brez zunanjih komponent, ki bi jih potrebovala za svojo rast in delovanje, ter neobčutljivost na zaviralne

signale našega organizma.

Slika 1: Pristop markiranja tumorskega zapisa in izdelava označenih proteinov (levo), ki jih lahko prepoznajo imunske celice (desno).

Človeški imunski sistem sestavljajo organi in celice, ki prepoznajo tujke – tako patogene (mikroorganizme) kot rakave celice. Proti tujkom se odzove s številnimi reakcijami, da jih lahko odstrani ali uniči in s tem zaščiti svoje okolje. Imunski sistem mora biti sposoben prepoznati tujek, nanj voditi dovolj specifično reakcijo, da ne poškoduje ostalega tkiva, ter si »zapomniti« njegove lastnosti, da lahko ob ponovnem vstopu tvori hitrejši in obsežnejši odziv. Imunski odziv je lahko specifičen ali nespecifičen. Nepoškodovana koža in sluznica predstavljata fizično prepreko, ki onemogoča vdor patogenom. Vnetna reakcija je nespecifičen imunski mehanizem, ki je povezan z mobilizacijo in migracijo imunskih celic na mesto prisotnosti tujkov. Te sproščajo različne encime, ki poškodujejo mikroorganizme, in signalne proteine (t. i. citokine), ki orkestrirajo imunski odziv, ali pa tujke odstranjujejo s fagocitozo. Nosilci specifičnega imunskega odziva so specializirane imunske celice, ki reagirajo na določene komponente tujkov: limfociti B in limfociti T. Limfociti B so nosilci humoralnega odziva. Po diferenciaciji v plazmatke tvorijo in sproščajo visokospecifična protitelesa, ki tujke nevtralizirajo ali jih označijo za uničenje s fagocitozo, sistemom komplementa ali t. i. celicami ubijalkami. Limfociti T prepoznavajo določene tuje proteine (oz. njihove fragmente, imenovane antigenske determinante oz. epitope) na površini celic. Poznamo več vrst limfocitov T. T-celice pomagalke (Th) so ključne za oblikovanje tako humoralne kot celične imunosti, medtem ko T-celice ubijalke (tudi citotoksični limfociti T, Tc) neposredno uničujejo z virusi okužene in rakave celice. Še ena skupina limfocitov T so celice zaviralke (Treg), ki zamejijo imunski odziv po odstranitvi tujkov. Pravilno in učinkovito delovanje imunskega sistema je ključno za naše zdravje.

Imunski sistem spremenjene celice sicer praviloma prepozna, vendar jih v nekaterih primerih ne uspe odstraniti. Razlogov, zakaj imunski sistem ne uspe uničiti tumorskih celic, je več; celice Tc običajno uničijo večino tumorskih celic. Preživijo zgolj tiste tumorske celice, ki z »inovativnimi« mutacijami pridobijo določeno prednost (npr. spremembo prvotnega antigena, da jih imunske celice ne prepoznajo več; lahko prenehajo izražati določen neesencialen protein (prvotni antigen) ali MHC I (membranski proteinski kompleks, prek katerega obveščajo imunske celice

Slika 2: Načini, na katere se tumorske celice izogibajo imunskemu odzivu.

o proteinih, ki jih tvorijo); pogosto tumorske celice izražajo tudi površinske proteine, ki delujejo zaviralno na celice Tc (npr. PD-L1). Preživele celice tvorijo novo populacijo tumorskih celic, ki so bolje prilagojene na okolje, v katerem živijo, in se razvijajo naprej. Če bi odziv imunskih celic na tumorsko celico lahko regulirali oziroma okrepili, bi lahko spremenili potek obolenja. To je bila osnova za terapijo pri ustavljanju ali zmanjšanju tumorja. Limfocite Tc, specifične za določen tumor (oz. njegove antigene), lahko izoliramo iz bolnikovega organizma, jih namnožimo in vitro in jih injiciramo nazaj v človeško telo. Tako ustvarimo veliko »vojsko« celic, ki prepoznajo specifičen tumor in se nanj odzovejo. Težava je v tem, da za zdaj še ne znamo napovedati, kateri tumorski antigeni bodo omogočili najučinkovitejši imunski odgovor.

Skupina raziskovalcev iz Nemčije, Avstralije in Švice je v raziskavi, osredotočeni na strategije, s katerimi se tumorske celice izmikajo imunski prepoznavi, kot modelni sistem uporabila melanomsko celično linijo (tj. celice malignega kožnega raka). S tehnologijo CRISPR/Cas9 so pripravili več melanomskih celičnih klonov, ki so izražali posamezne znane tumorske antigene, na C-koncu označene z univerzalnim peptidnim zaporedjem. Da so celice proučevali v naravnem okolju, so jih subkutano injicirali v laboratorijske miši, kjer so izzvale rast tumorjev (t. i. ksenograftov). Živali so nato poskusno zdravili z infuzijo citotoksičnih limfocitov, usmerjenih proti univerzalnemu peptidnemu epitopu na proteinih, ki so jih izdelovali melanociti. Sprva so se živali dobro odzvale na zdravljenje s celicami Tc, vendar se je tumor po zaključku terapije sčasoma ponovil. Ugotovili so, da so preživele melanomske celice prenehale izražati označene tarčne proteine, značilne

za melanocite; namesto tega so pridobile lastnosti invazivnega raka (mezenhimski fenotip). Usmerjanje imunskih celic proti epitopom značilnih proteinov tako sproži dediferenciacijo melanomskih celic in metastaze.

Zanimivo je, da pri tumorju, ki je nosil oznako na onkogenu CDK4R24C (mutacija Arg v Cys na položaju 24 od ciklina odvisne kinaze 4, ki celici omogoči nenadzorovano delitev), do znižanja izražanja onkogena ni prišlo, temveč so tumorske celice ubrale drugo strategijo izmikanja celicam Tc. Na rakavih celicah so opazili okrepljeno izražanje membranskega proteina PD-1L, ki je bil odgovoren za aktivacijo receptorja PD-1 (znanega zaviralnega imunskega stikala) na citotoksičnih limfocitih. Protein izzove odsotnost pričakovanega imunskega odziva na antigen in proliferacije Tc. Če so v drugi fazi zdravljenja tumorja posegli po protitelesih, usmerjenih proti PD1L, so v številnih primerih (ne pa pri vseh) dosegli dober terapevtski izid. To nakazuje, da je pri infuziji citotoksičnih limfocitov, specifičnih za določene tumorske antigene, smiselno uporabiti terapevtska protitelesa iz skupine zaviralcev imunskih kontrolnih točk. Kjer zdravljenje s tovrstnimi biološkimi zdravili ni bilo uspešno, so raziskovalci opazili, da je tumor v bistveno manjšem obsegu izražal MHC I, s čimer je uspešno preslepil imunski sistem. Ob manjšem izražanju te molekule Th celica ne prepozna tumorskega antigena. Raziskava razkriva več načinov, kako se tumorske celice izmikajo prepoznavanju s strani imunskega sistema, in nakazuje potrebo po personaliziranem zdravljenju rakavih obolenj.

Prirejeno po članku: Effern M in sod. (2020). Adoptive T cell therapy targeting different gene products reveals diverse and contextdependent immune evasion in melanoma. Immunity 53: 1–17. VIRI

Revolucije zahtevajo strast.

Več kot stoletje postavljamo nove standarde v diagnostiki in zdravljenju številnih bolezni. Danes nam novi viri podatkov in napredna analitika omogočajo, da zagotovimo pravo zdravljenje za pravega bolnika ob pravem času. Zato se povezujemo s tistimi, ki stremijo k istemu cilju in razumejo, da nova znanja služijo ne samo znanosti, temveč predvsem človeštvu.