Onkobioloogia

1. Vähiimmuunsusjaimmuunoteraapia
Taavi Päll
lektor, TTÜ

2. 2/40

4. 4/40

5. Metastaseerumise põhjustavad samad onkogeensed stiimulid/geenid, mis põhjustasid ka algse
vähi tekke
Vähi metastaseerumise ennustab algse
vähi geeniekspressioon.
Rinnavähi halva prognoosi geenimuster
sisaldab geene mis reguleerivad
rakutsüklit, invasiooni ja angiogeneesi.
·
·
Pilt: Gene expression profiling predicts clinical outcome of breast cancer. van 't Veer et al., 2002.
5/40

6. Organ-spetsiifilist levikut määravad
faktorid.
·
Vereringe muster.
Endoteeli omadused.
Ellujäämis niššid.
-
-
-
Organ-spetsiifilist kolonisatsiooni
määravad faktorid.
·
Latentsus ja reaktivatsioonisignaalid.
Stroomarakkude signalisatsioon.
Teraapia vastus.
-
-
-
Pilt: Metastasis Steps and Bottlenecks. Sakari Vanharanta, Joan Massagué, 2013
6/40

7. Pankrease vähi metastaatilised kloonid sisaldavad KRASG12V, MYC ja CCNE1
geenimutatsioone.
Neeruvähi metastaasides on muteerunud TP53, SETD2, KDM5C.
ER-positiivse rinnavähi patsiendil 9 a. peale primaarse vähi eemaldamist tekkinud
metastaasides oli peamine mutatsioon ERBB2 amplifikatsioon.
·
·
·
7/40

8. Onkogeense signalisatsiooni
amplifikatsioon (signaalirajad muutuvad
tundlikumaks stimulatsioonile).
Ekspressioonimärklaudade repertuaari
laienemine (epigeneetilise regulatsiooni
läbi).
·
·
Pilt: In triple-negative breast cancer examples include VCAM-1 and SRC as amplifiers of the PI3K pathway in cancer cells reaching the lungs or the bone marrow,
respectively, whereas Tenascin C and Periostin act as amplifiers of the WNT and NOTCH pathways in cancer cells reaching the lungs. VCAM-1 can be engaged by
α4β1 integrins on tumor-associated macrophages, leading to activation of ezrin, a PI3K and Akt adaptor protein The expansion of target genes that the HIF
pathway activates in renal cell carcinoma as a result of epigenetic modifications that open the gene promoters to access by activated HIF Sakari Vanharanta,
Joan Massagué, 2013. .
8/40

10. Cancer immunosurveillance
1909. aastal oletas saksa-juudi päritolu arst Paul Ehrlich (1854-1915) et immuunsüsteem
hoiab ära kartsinoomide tekke, mis vastasel juhul oleksid palju sagedasemad.
Vähi immuunoseire hüpotees oletas, et tüümusest pärit rakud monitoorivad keha kudedes
ka uusi transformeerunud rakke Frank Macfarlane Burnet, 1970.
·
·
Pilt: wikipedia.
10/40

11. Cancer immunoediting
Alternatiivseks hüpoteesiks vähirakkude ja immuunsüsteemi interaktsioonide kirjeldamiseks
on vähi immuunokujundamise.
Vähi täielik elimineerimine immuunsüsteemi poolt on immuunokujundamise üks
stsenaarium.
Teine stsenaarium on immuunsüsteemi poolt kujundatud vähirakkude repertuaari
esiletõus.
Immuunsüsteemiga kohandunud vähirakud on kas
·
·
·
·
vähem immuunogeneesed,
suurenenud võimega inhibeerida vähivastast immuunvastust.
-
-
11/40

12. Vähi immuunoseire või -kujundamise toimimisele inimeses viitavad
Kõrgem vähi intsidents immuunosupressiivset ravi saavatel organi transplantatsiooni
läbinud patsientidel.
Vähipatsientidel tekib oma vähi vastu immuunvastus.
Vähisiseste tsütotoksiliste (CD8+) ja immuun-protektiivsete regulatoorsete (CD25+Foxp3+) T
rakkude lokalisatsioon.
·
·
·
12/40

13. Nahavähi populatsioon-standardiseeritud
intsidents organi transplantatsiooni
patsientidel (Norra ja Holland).
NAHAVÄHK INTSIDENTSI KASV
SCC 65­korda
huule SCC 20­korda
BCC 10­korda
melanoom 3.4­korda
Kapoosi sarkoom 84­korda
Organi transplantatsiooni läbinud patsiendid saavad tugevat immuunosupressiivset ravi.·
Graafik: Transplant Patient DataSource. United Network for Organ Sharing. Tabel: Hartevelt et al., 1990. Jensen et al., 2000. Lisaks: Lindelöf et al., 2000. ja Berg
& Otley, 2002.
13/40

14. Vähi intsidents organi transplantatsiooni patsientidel
SITE OF CANCER NO. CASES OBSERVED NO. CASES EXPECTED RATIO OBS/EXP (ADJ)
non melanoma skin 127 5.1 21.7
thyroid other endocrine 30 2.1 11.0
mouth tongue lip 22 1.6 10.0
cervix vulva vagina 39 3.6 9.4
non­Hodgkins lymphoma 25 2.4 8.5
kidney ureter 32 3.5 8.0
bladder 26 4.7 5.2
colorectal 38 10.5 3.6
lung 30 12.5 2.5
brain 10 4.1 2.6
prostate 11 5.2 2.3
melanoma 7 4.1 2.0
breast 15 13.6 1.2
Tabel: Peto, J (2001). Cancer epidemiology in the last century and the next decade. Nature, 411, 6835:390-5. Birkeland, et al. (1995). Cancer risk after renal
transplantation in the Nordic countries, 1964-1986. Int. J. Cancer, 60, 2:183-9. ADJustment by empirical Bayesian shrinkage towards a Beta prior.
14/40

15. Metsik tüüpi või RAG2 -/- hiirtele süstiti
naha alla 100 g kartsinogeenset 3-
metüülkolantreeni (methylcholanthrene,
MCA) ja jälgiti vähiteket.
160 päeva pärast oli 9/15 RAG2-/- hiirel
moodustunud MCA-indutseeritud vähid,
samas oli sama moodi indutseeritud vähk
tekkinud ainult 2/15 wild-type hiirel.
RAG2-/- hiirtel puuduvad T-, B- ja NK-T
rakud.
·
μ
·
·
Pilt: IFNbig gamma and lymphocytes prevent primary tumour development and shape tumour immunogenicity. Shankaran et al., 2001.
15/40

16. Vähid mis tekivad hiires kellel puuduvad lümfotsüüdid on immunogeensemad
Immuunopuudulikele RAG2-/- hiirtele või
metsik tüüpi hiirtele transplanteeriti naha
alla 100'000 vähirakku, mis pärinesid
RAG2-/- või wt hiirtest eraldatud MCA-
indutseeritud tuumoritest.
Süngeensetest wt hiirtest pärit 17 erineva
vähi rakud moodustasid tuumoreid 100%
(17/17) wt hiirtes.
RAG2-/- hiirtest pärit vähirakud (20
erinevast tuumorist) moodustasid
tuumoreid ainult 40% juhtudest (8/20) kui
neid transplanteeriti sama geneetilise
tagapõhjaga imuunkompetentsetele
hiirtele.
·
·
·
Pilt: IFNbig gamma and lymphocytes prevent primary tumour development and shape tumour immunogenicity. Shankaran et al., 2001.
16/40

17. Mutantsete vähi ja normaalsete valkude erinevused on väikesed: RAS, TP53, BCR-ABL.
Trioosfosfaat isomeraas (glükolüüsi rada) on mitmetes vähkides immunogeenne.
Mutantse RAS valgu struktuur ei ole muutunud (nt. KRASG12V vs. wt KRAS), madal
immunogeensus ja lisaks on onkogeensed RAS valgud madalalt ekspresseeritud.
·
·
·
17/40

18. hTERT on üleekspresseeritud 70-80% vähkides. Maksakartsinoomi patsientidel hTERT-
vastased antikehad veres. Nende antikehade roll progressioonis ebaselge.
HER2/neu positiivsed rinnakartsinoomid, seal 10-20x üleekspressioon (trastuzumab).
GD3 gangliosiid (siaalhapet sisaldav glükosfingolipiid) on mitmetes vähkides (melanoon sh.)
üle ekspresseeritud.
·
·
·
18/40

19. Inimese GI vähi mutatsioonide immunogeensus
ID AGE/SEX TUMOR MUTATED PROT AA CHANGE T CELL TYPE % IN TUMOR
3737* 45/F Bile duct ERBB2IP E805G CD4 0.009
E805G CD4 0.375
3812 44/M Bile duct — — — —
3942 46/F Rectal NUP98 A359D CD8 0.67
KARS D356 CD8 0.020
GPD2 E426K CD4 0.037
3948 48/M Esophageal PLEC E1179K CD4 NE
XPO7 P274S CD4 NE
AKAP2 Q418K CD4 NE
3971 49/M Colon CASP8 F67V CD8 1.25
3978 46/F Bile duct ITGB4 S1002I CD4 NE
3995 50/M Colon TUBGCP2 P293L CD8 0.023
RNF213 N1702S CD8 0.60
KRAS G12D CD8 0.055
4007 52/M Colon SKIV2L R653H CD8 0.090
R653H CD8 0.014
H3F3B A48T CD8 1.19
4032 46/M Colon API5 R243Q CD8 0.083
R243Q CD8 0.059
RNF10 E572K CD8 0.030
PHLPP1 G566E CD8 0.081
4069 57/M Pancreatic ZFYVE27 R6H CD8 0.088
Tabel: Mutation-reactive T cells in metastatic GI cancers Tran, et al., (2015) Immunogenicity of somatic mutations in human gastrointestinal cancers. Science 11
December 2015: Vol. 350 no. 6266 pp. 1387-1390
19/40

20. Pilt www.nature.com
T lümfotsüüdid
B lümfotsüüdid
NK ja NKT rakud
makrofaagid
müeloidset päritolu suppressor-rakud
dendriitrakud
neutrofiilid
·
·
·
·
·
·
·
20/40

21. lokaliseeruvad kasvaja välispiirile
lähimasse lümfisõlme
kasvaja stroomasse - tsütotoksilised T-
rakud
·
·
·
Pilt: Halama et al. (2011).
21/40

22. tsütotoksilised mälu T (CD8+CD45RO+),
Th1 (partnerrakud: makrofaagid, CD8+ T),
Th2 (partnerrakud: B, eosinofiilid,
nuumrakud),
Th17 või
Treg rakkudeks
·
·
·
·
·
Pilt: Fridman et al., 2012.
22/40

23. Totaalne CD3+ T
Pilt: B, valge tulp mitte-relapseeruv vähk, must tulp relapseerunud. Galon et al., 2006.
23/40

24. Anti-tumorigeensed - selgelt assotseeruvad hea prognoosiga
TH1
CTL
produtseerivad IL-2 ja INF ,
toetavad kasvajale tsütotoksilisi CD8+ mälu T-rakke (CD8+CD45RO+).
· γ
·
CD8+ tsütotoksilised T-rakud
põhjustavad apoptoosi tsütotoksiliste graanulite (perforiin, granzyme) eritamise teel.
·
·
24/40

25. Cytotoxic T-Cells
25/40

26. Enamasti kasvaja arengut võimendav effekt
TH2 produtseerivad IL-4, IL-5 ja IL-13 ja
toetavad B-rakkude aktivatsiooni
sekreteerivad immunosuppressiivset IL-10
TH17 polarisatsiooni indutseerivad TGF-
ja IL-6
IL-17A, IL17F, IL-21 ja IL-22
bakteriaalse põletiku vastus
·
·
·
· β
·
·
Pilt: Ye, J, Livergood, RS, Peng, G (2013). The role and regulation of human Th17 cells in tumor immunity. Am. J. Pathol., 182, 1:10-20.
26/40

27. TH17-infiltreerumine on pahaloomulistes kasvajates tavaline:
näo-lõualuu kasvajad, Kesselring et al.
(2010)
rinnakasvajad, Yang et al. (2011)
neerukasvajad, Attig et al. (2009)
glioomid, Wainwright et al. (2010)
medulloblastoomid, Cantini et al. (2011)
·
·
·
·
·
Pilt: Cantini et al. (2011)
27/40

28. Pilt: Numasaki et al., 2002.
Angiogenees: indutseerivad VEGF-i
ekspressiooni.
Indutseerivad neutrofiilide invasiooni
·
·
ECM-i lagundamine
immunosuppressioon.
-
-
28/40

29. Kõige sagedamini kirjeldatud pro-tumorigensete omadustega CD4+ rakud
iseloomulik FOXP3 ja CD25 ekspressioon
immuunosupressiivne funktsioon on vahendatud üle
·
·
TGF- ja IL-10 sekretsiooni ja
CTLA4-vahendatud kontaktinhibitsiooni.
- β
-
Pilt: Holgate, 2012.
29/40

30. Humoraalne immuunsus reguleerib lamerakulise nahakartsinoomi arengut
Hiire K14-HPV16JH-/- nahakartsinoomi mudel kus on B rakkude teke "välja lülitatud".
FcR aktivatsioon lükkab tagant põletiku põhjustatud kartsinogeneesi.
B rakkude poolt sekreteeritavate autoantikehade akumulatsioon stroomas aktiveerib üle FcR
retseptori nuumrakud (sekreteerivad histamiini, hepariini) Andreu et al. (2010)
FcR reguleerib ka makrofaagide angiogeneetilist ja protumorigeenset toimet.
· γ
·
γ
· γ
Pilt: Andreu et al. (2010).
30/40

31. FcR reguleerib ka makrofaagide angiogeneetilist ja protumorigeenset
toimet.
γ
Pilt: Mantovani, 2010 .
31/40

32. Kasvajas on NK rakud anergilised
NK rakkude märklauaks
anergia ilmselt vahendatud läbi kasvaja
TGF-
pole aktiveeritavad isegi IL-2 poolt,
ei sekreteeri INF .
·
β
·
· γ
sellised rakud mille pinnalt puuduvad
MHC-I molekulid (MHC-I puudumine
hoiab samas ära CTL vastuse) ja
rakud mis ekspresseerivad oma pinnal
NKG2D ligandi MICA või RAE.
·
·
32/40

33. NKG2D on aktivatsiooniretseptoriks NK rakkudel
NKG2D ekspr. vastusena stressile või DNA
kahjustustele, samuti konstitutiivselt
vähirakkudel.
NKG2D ligandid on MICA/B ja RAE valgud
MICA seostumine NKG2D-le aktiveerib NK
rakud
RAE üleekspressioon hiires muudab need
loomad vastuvõtlikumaks
kartsinogeneesile.
Inimese kartsinoomid ja melanoomid
üleekspresseerivad lahustuvat MICA
ligandi (tekib proteolüütilise lõikamise teel,
shedding)
·
·
·
·
·
Pilt: Nature Immunology.
33/40

34. NK vastust vähile reguleerib signaalide tasakaal
KIR killer inhibitory receptor blokeerib MHC-I molekuliga interakteerudes NK rakkude vastuse.
Rakud millel puuduvad MHC-I molekulid vallandavad NK-vastuse ja tapetakse.
Osadel kasvajatüüpidel on MHC-I puudumine seotud parema vastusega.
·
·
·
34/40

35. Makrofaagid võivad diferentseeruda kahes suunas:
tüüp 1 (M1)
tüüp 2 (M2),
vastusena bakteriaalse infektsioonile (LPS) ja
Th1 sekreteeritavale INF- muutuvad aktiivselt fagotsüteerivateks rakkudeks, suunatud ka
vähirakkude vastu;
·
· γ
vastusena hüpoksiale ja vähi poolt sekreteeritud tsütokiinidele IL-4, IL-10, IL-13 või
TGF-β ja prostaglandiin E2 diferentseeruvad makrofaagid immuunosupressiivseteks ja
sarnaselt Th2 rakkudele hakkavad Th1-supresseerivaid tsütokiine tootma (IL-10 ja IL1 ).
·
·
· β
35/40

36. TGF-β blokeerib interleukiin 2 ekspressiooni (IL-2). IL-2 aktiveerib T rakke, NK rakke jt.
immuunrakke.
TGF-β inhibeerib T rakkude jagunemist (p15 ja p21 läheb ülesse ning c-myc, CDK2/E alla).
TGF-β inhibeerib tsütotoksiliste T rakkude aktivatsiooni, supresseerides IFN-γ ja perforiini
ekspressiooni.
TGF-β inhibeerib graanulite eksotsütoosi ja CD8+ T rakkude tsütolüütilisi funktsioone.
TGF-β soodustab regulatoorsete T rakkude teket (Treg). Vähipatsientidel on neid tihti
rohkelt.
Füsioloogiline roll, hiirtel kellel puudub TGF-β1 (TGF-β1−/−) areneb välja multifokaalne
põletikuline haigus, mis on tingitud kõrgenenud tsütokiinide produktsioonist.
·
·
·
·
·
·
36/40

37. Vähirakud suruvad adaptiivse immuunvastuse alla ka selleläbi, et reguleerivad ülesse PD-1
ligandi (PD-L1).
PD-1L on vähirakkudel konstitutiivselt ekspresseeritud.
PD-L1 seostumine antigeen-spetsiifilistele CD8+ T rakkudel olevale PD-1 retseptorile surub
alla nende T rakkude effektor funktsioonid (rakkude tapmine).
Sarnaselt immuunsupressiivselt toimib ka vähirakkudel jt. keharakkudel ekspresseeritav
CTLA-4
·
·
·
·
Pilt: Vähi checkpoint teraapia. Hayden, 2012.
37/40

38. Pilt: Fridman et al., 2012.
38/40

40. Sissejuhatav loeng
Vähitüübid
Onkoviirused
Onkogeenid
Retseptorid
Signaalirajad
Tuumorsupressorgeenid
Rakutsüklikontroll
·
·
·
·
·
·
·
·
p53 ja apoptoos
Immortalisatsioon
Tumorigenees
Genoomiterviklikkus
Mikrokeskkond
Metastaasid
Immuunsus
Vähiravimid
·
·
·
·
·
·
·
·
40/40