The role for NK cells in the development and control of cancers.
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 2013068
- Ansvarlig person
- Marit Inngjerdingen
- Institusjon
- Oslo universitetssykehus HF
- Prosjektkategori
- Karrierestipend
- Helsekategori
- Blood, Cancer, Inflammatory and Immune System
- Forskningsaktivitet
- 1. Underpinning, 4. Detection and Diagnosis
Rapporter
Leukemi er en kreftform forsårsaket av ukontrollert vekst av ulike hvite blodceller i beinmargen. Vi har med dette prosjektet vist at NK-celler kan brukes til å bremse fremvekst av akutt T-celleleukemi i en rottemodell, og også vist at barn med akutt leukemi har umodne NK-celler med nedsatt funksjon som skyldes at de er satt i «bremsemodus».
NK-celler er en del av vårt immunforsvar, med evne til å drepe celler som omdanner seg fra friske celler til kreftceller. Mange utvikler likevel kreft, og det er funnet nedsatt NK-celleaktivitet i blod ved diagnose i forbindelse med flere krefttyper. Siden NK-celler i utgansgspunktet er potente drapsceller er det nå økende interesse for å bruke NK-celler i immunterapier mot kreft, spesielt mot hematologiske kreftformer. Vi har i dette prosjektet fokusert på en rottemodell for akutt leukemi for å kunne gjøre mekanistiske studier rundt interaksjoner mellom NK-celler og leukemiceller, og komplementert data fra dyremodellen med et longitudinelt, prospektivt studie av NK-celler i barn med akutt leukemi.
Prosjektet ble inndelt i tre relaterte delprosjekter. I det første delprosjektet benyttet vi en rottemodell for akutt T-celleleukemi. Funksjonalitet av NK-celler ble testet fra tidspunkter før leukemicellene var detekterbare i blod og frem til rottene utviklet akutt leukemi. Typiske NK-cellefunksjoner som cytokinproduksjon og drapsaktivitet var normale frem til full sykdom ble utviklet, og dette sammenfalt med nedgang i uttrykk av visse aktiverende reseptorer på NK-cellene. Vi gjorde parallelle studier in vitro, og fant at NK-celler normalt ikke er i stand til å drepe leukemicellene. Da vi forhåndsaktiverte NK-cellene med cytokiner, observerte vi at den tidligere resistensen opphørte. Påfølgende behandling av rotter med leukemi ved bruk av forhåndsaktiverte NK-celler førte til kraftig bremsing av fremveksten av leukemi. Dette studiet ble publisert i OncoImmunology i 2017, og funnene følges nå videre opp for å forbedre protokollen med mål om å kunne lage en behandlingsprotokoll for kliniske utprøvninger.
I det andre delprosjekt analyserte vi NK-cellereseptor-repertoar, aktivitet, og modningsstatus hos barn med akutt leukemi, fra diagnosetidspunkt, under behandling, etter behanding og ved senere oppfølgende kontroller. Barna ble rekruttert fra Barneklinikken ved Oslo Universitetssykehus, og vi rekrutterte frem til prosjektslutt nesten 80 barn til studiet. Våre analyser visee at NK-celler fra pasienter med både akutt myelogen leukemi og akutt lymfoblastisk leukemi har lav NK-cellefunksjonalitet. Vi fant lavere uttrykk av aktiverende studier, som bekrefter andre tidligere publiserte arbeider. Hos spesielt barn med akutt B-celleleukemi fant vi større andel umodne NK-celler i blod og beinmarg ved diagnose. Det mest sentrale funnet var at pasientene hadde svært høye nivåer av en hemmende reseptor, NKG2A, som inkluderte en gruppe barn med større risiko for tilbakefall. Vi har også identifisert en populasjon av NK-celler i beinmarg som uttrykker kjemokinreseptoren CXCR6, og som er ekspandert i noen pasienter med akutt leukemi. Siden vi ønsket å inkludere så mange barn som mulig til studiet, startet vi analysearbeidet av dataene i sluttfasen av prosjektet. Resultatene er dermed ennå ikke publisert, men to arbeider er blitt sendt inn for vurdering i to ulike tidsskrift.
Et tredje delprosjekt var vært å kartlegge intracellulære signaleringskaskader i humane NK-celler fra sentrale aktiverende og hemmende reseptorer, hvor vi ønsket å kartlegge intracellulære signaleringskaskader i tid og rom ved å gjøre sub-cellulær fraksjonering etter stimulering. Dette prosjektet ble ikke ferdigstilt før prosjektslutt.
Vi har i dette prosjektet vist at det er mulig å benytte autologe NK-celler til behandling av resistent leukemi, noe som potensielt kan representere en behandlingsmulighet for leukemipasienter med resistent sykdom og med manglende beinmargsdonor. Vi har også vist at NK-celler hos leukemipasienter har svært høy uttrykk av en hemmende reseptor, NKG2A, som kan være en av årsakene til at NK-cellene ikke dreper leukemicellene. NKG2A kan representere en mulig kandidat som sjekkpunkthemmer for NK-celler i behandling av leukemi.
Leukemi er en kreftform forårsaket av ukontrollert vekst av ulike hvite blodceller i beinmargen. Vi har tidligere funnet at NK-celler kan brukes til å bremse fremvekst av akutt T-celleleukemi i en rottemodell. I tillegg analyserer vi om NK-celleparametere kan predikere behandlingsrespons hos barn med akutt leukemi.NK-celler er en del av vårt immunforsvar, med evne til å drepe celler som omdanner seg fra friske celler til kreftceller. Mange utvikler likevel kreft, og det er funnet nedsatt NK-celleaktivitet i blod ved diagnose i forbindelse med flere krefttyper. Siden NK-celler i utgansgspunktet er potente drapsceller er det nå økende interesse for å bruke NK-celler i immunterapier mot kreft, spesielt mot hematologiske kreftformer.
Vi har de siste årene jobbet med tre relaterte delprosjekter. I det første delprosjektet benyttet vi en rottemodell for akutt T-celleleukemi. Vi injiserte NK-celler forhåndsaktivert med cytokiner inn i dyr med akutt leukemi, og fant at fremveksten av leukemi ble kraftig bremset. Dette studiet ble publisert i OncoImmunology i 2017, og funnene følges nå opp for å generere NK-celler som er aktive over lengre tidsrom.
Et annet delprosjekt har vært å kartlegge intracellulære signaleringskaskader i humane NK-celler fra sentrale aktiverende og hemmende reseptorer. I samarbeid med Dr. Fridtjof Lund-Johansen ved Oslo Universitetssykehus analyserer vi intracellulære signaleringskaskader i tid og rom ved å gjøre sub-cellulær fraksjonering etter stimulering. Identifikasjon av proteiner og deres aktivering (fosforylering) detekteres ved hjelp av avanserte antistoffarray. Dette prosjektet er fortsatt under arbeid, og representerer prosjektleders hovedprosjekt.
Det tredje delprosjekt er et longitudinelt studie hvor vi analyserer NK-cellereseptor repertoar, aktivitet, og differenseringsstatus hos barn med akutt leukemi, fra diagnosetidspunkt, under behandling, etter behanding og ved senere oppfølgende kontroller. Barna rekrutteres fra Barneklinikken ved Oslo Universitetssykehus, og vi har til nå rekruttert nesten 80 barn til studiet. Dette studiet er nå i avslutningsfasen, og representerer hovedarbeidet til stipendiat Aina Ulvmoen. Foreløpige analyser viser at NK-celler fra pasienter med akutt myelogen leukemi og akutt T-celleleukemi har lav NK-cellefunksjonalitet, som muligens korrelerer med at disse NK-cellene også uttrykker lavere nivåer av aktiverende NK-cellereseptorer. Hos barn med akutt B-celleleukemi finner vi større andel umodne NK-celler i blod og beinmarg ved diagnose. Vi har også identifisert en populasjon av NK-celler i beinmarg som uttrykker kjemokinreseptoren CXCR6. Korrelasjonsanalyser tyder på at unormale høye nivåer av CXCR6-positive NK-celler representerer en uavhengig risikofaktor for akutt B-celleleukemi.
Vi har studert hvordan NK-celler kan brukes til å bremse fremvekst av leukemi, og har funnet at forhåndsaktiverte NK-celler bremser fremvekst av akutt T-celleleukemi i en rottemodell. Dette studiet komplementeres med studier av NK-celler fra pediatriske pasienter med akutt leukemi.NK-celler er en del av vårt immunforsvar, med evne til å drepe celler som omdanner seg fra friske celler til kreftceller. Mange utvikler likevel kreft, og det er funnet nedsatt NK-celleaktivitet i blod ved diagnose i forbindelse med flere krefttyper. Siden NK-celler i utgansgspunktet er potente drapsceller er det nå økende interesse for å bruke NK-celler i immunterapier mot kreft, spesielt mot hematoogiske kreftformer.
Vi har de siste årene jobbet med tre relaterte delprosjekter. I det første delprosjektet har vi etablert og benyttet en rottemodell for akutt T-celleleukemi, og funnet at NK-celleaktivitet er lav i dyr med akutt leukemi. I tillegg fant vi at NK-celler ikke gjenkjenner leukemicellene, og dermed ikke er istand til å drepe dem. Vi aktiverte NK-celler ex vivo med cytokiner (en kombinasjon av IL-12, IL-15, og IL-18) og fant at drapsevnen økte dramatisk. Dette funnet sammenfaller med tidligere studier fra andre grupper i Tyskland og USA rettet mot akutt myeloid leukemi (AML) og lymfoma. Vi injiserte disse forhåndsaktiverte NK-cellene inn i dyr med akutt leukemi, og fant at fremveksten av leukemi ble kraftig bremset. Dette funnet tyder på at det er et potensial for terapeutisk bruk av forhåndsaktiverte NK-celler mot leukemi. Dette studiet ble akseptert for publikasjon i OncoImmunology sent i desember 2016.
Et annet delprosjekt har vært å kartlegge intracellulære signaleringskaskader i humane NK-celler fra sentrale aktiverende og hemmende reseptorer. Formålet er å identifisere felles knutepunkt i signaleringsveiene fra aktiverende eller fra hemmende reseptorer. Slike knutepunkt kan potensielt utnyttes i immunterapeutisk sammenheng for å øke aktiviteten til NK-celler. I samarbeid med Dr. Fridtjof Lund-Johansen ved Oslo Universitetssykehus analyserer vi intracellulære signaleringskaskader i tid og rom ved å gjøre sub-cellulær fraksjonering etter stimulering. Identifikasjon av proteiner og deres aktivering (fosforylering) detekteres ved hjelp av avanserte antistoffarray.
Et tredje delprosjekt er et longitudinelt studie hvor vi analyserer NK-cellereseptor repertoar, aktivitet, og differenseringsstatus hos barn med akutt leukemi, fra diagnosetidspunkt, under behandling, etter behanding og ved senere oppfølgende kontroller. Hos barn utgjør akutte leukemier nær en tredjedel av alle diagnostiserte kreftformer. Et samarbeid ble etablert med Barneklinikken ved Oslo Universtitetssykehus våren 2013, og vi har til nå rekruttert mer enn 60 barn til studiet. Foreløpige analyser har vist at NK-celler fra pasienter med T-celleleukemi har lav NK-cellefunksjonalitet, som muligens korrelerer med at disse NK-cellene også uttrykker lavere nivåer av aktiverende NK-cellereseptorer. Denne del-analysen er en del av studiet som er akseptert for publikasjon i OncoImmunoogy. Analyser av pasienter med B-celleleukemi og AML er pågående.
Leukemi er en kreftform forårsaket av ukontrollert vekst av ulike hvite blodceller i beinmargen. Vi ønsker å klargjøre rollen til NK-celler i bekjempelse av leukemi, og kombinerer en eksperimentell rottemodell for akutt leukemi med studier av pediatriske pasienter diagnostisert med akutt leukemi.NK-celler er en del av vårt førstelinjeforsvar med evne til raskt å drepe celler som omdanner seg fra friske celler til kreftceller. Mange utvikler likevel kreft, og det er funnet at nedsatt NK-celleaktivitet i blod ved diagnose er assosiert med dårligere prognose. Det er nå økt interesse for å bruke NK-celler i immunterapier mot kreft, siden NK-cellene vanligvis er potente drapsceller og har potensielt færre sideeffekter sammenlignet med T-celler. NK-celler har vist et særlig potensiale for immunterapi mot akutte myeloide leukemier. Her tas NK-celler enten fra en haploidentisk donor med mismatch for ligander for hemmende MHC-reseptorer på NK-celler, eller fra pasienten selv hvor NK-cellene aktiveres før de føres tilbake.
Vi har de siste tre årene jobbet med tre relaterte delprosjekter. I det første delprosjektet har vi re-etablert en rottemodell for akutt lymfatisk leukemi, og vi er også i ferd med å etablere en rottemodell for akutt myeloid leukemi. Vi har funnet at NK-celleaktivitet er lav i dyr med akutt leukemi, samtidig som at en sentral aktiverende drapsreseptor, NKG2D, er nedregulert fra NK-cellens overflate. I tillegg gjenkjenner NK-cellene dårlig leukemicellene, sannsynligvis siden de engasjerer hemmende reseptorer på NK-cellene. Vi har funnet at pre-aktivering av NK-cellene in vitro med cytokiner øker drapseffektivitet rettet mot leukemicellene. Et manuskript som beskriver disse funnene ble nylig submittert. Vi er nå i gang med å bruke autologe, pre-aktiverte NK-celler i immunterapi mot akutt lymfatisk leukemi i vår rottemodell.
Et annet delprosjekt har vært å kartlegge intracellulære signaleringskaskader i humane NK-celler fra sentrale aktiverende og hemmende reseptorer. Formålet er å identifisere felles knutepunkt i signaleringsveiene fra aktiverende eller fra hemmende reseptorer. Slike knutepunkt kan potensielt utnyttes i immunterapeutisk sammenheng for å øke aktiviteten til NK-celler. I samarbeid med Dr. Fridtjof Lund-Johansen ved Oslo Universitetssykehus analyserer vi intracellulære signaleringskaskader i tid og rom ved å gjøre sub-cellulær fraksjonering etter stimulering. Identifikasjon av proteiner og deres aktivering (fosforylering) detekteres ved hjelp av avanserte antistoffarray rettet mot flere hundre proteiner. Metoden tillater samtidig analysering av mange prøver, og har dermed nødvendig through-put for å sammenligne signaleringskaskader fra flere reseptorer samtidig.
Et tredje delprosjekt er et longitudinalt studie hvor vi analyserer NK-cellereseptor repertoar, aktivitet, og differenseringsstatus hos barn med akutt leukemi, fra diagnose, under behandling, etter behandling og ved senere oppfølgende kontroller. Hos barn utgjør akutte leukemier nær en tredjedel av alle diagnostiserte kreftformer. Et samarbeid ble etablert med Barneklinikken ved Oslo Universitetssykehus våren 2013, og vi har til nå rekruttert 43 barn til studiet, hvorav hovedparten av disse har diagnosen pre-B ALL. Vi har detektert lavere NK-celleaktivitet hos pasientene sammenlignet med friske kontroller, og en skjevfordeling av ulike undergrupper av NK-celler.
Leukemi er en kreftform forårsaket av ukontrollert vekst av ulike hvite blodceller i beinmargen. Vi ønsker å klargjøre rollen til NK-celler i bekjempelse av leukemi, og kombinerer en eksperimentell rottemodell for akutt leukemi med studier av pediatriske pasienter diagnostisert med akutt leukemi.NK-celler har en betydning for tidlig forsvar mot virusinfeksjoner, og har en beskyttende funksjon mot utvikling av kreft, og da særlig hematopoietiske kreftformer. Det er nå økt interesse for NK-celler i forbindelse med immunterapier mot leukemier, og kliniske utprøvinger er underveis i flere land. Pasienter med leukemi er i flere studier vist å ha redusert NK-celleaktivitet. Nedsatt aktivitet er også assosiert med økt risiko for tilbakefall etter endt behandling. Det er foreløpig uklart om nedsatt NK-funksjonalitet er en medvirkende årsak til utvikling av leukemi, eller om leukemicellene direkte hemmer NK-cellene.
Vi har de siste to årene jobbet med tre relaterte delprosjekter. I det første delprosjektet har vi re-etablert en rottemodell for akutt lymfatisk leukemi. En lav dose leukemiceller injiseres i rotter, og immunfenotyping og funksjonalitet av NK-celler testes fra tidspunkter før leukemicellene er detekterbare i blod og frem til rottene har utviklet akutt leukemi. Typiske NK-cellefunksjoner som cytokinproduksjon og drapsaktivitet er normale frem til leukemicellene er detekterbare, og faller så i aktivitet når leukmien når den akutte fasen. Vi har også målt nedgang i uttrykk av visse aktiverende reseptorer i forkant av fallet i NK-celleaktivitet. Parallelt med studiet in vivo, har vi i komplementerende studier in vitro undersøkt hvilke mekanismer som fører til nedsatt NK-mediert drap av leukemicellene. Dette arbeidet er nå klart for publikasjon.
Et annet delprosjekt har vært å kartlegge intracellulære signaleringskaskader i NK-celler, for å kunne initiere studier med formål å avdekke eventuell dysregulering av signalmolekyler i NK-celler fra pasienter med leukemi. Vi har de siste to årene etablert en protokoll i samarbeid med Dr. Fridtjof Lund-Johansen ved Oslo Universitetssykehus, og er nå i stand til å identifisere og screene for mengde av aktiverte, fosforylerte proteiner i et begrenset prøvemateriell. Her gjør vi subcellulær fraksjonering og deteksjon med antistoffarray rettet mot flere hundre ulike proteiner. Signalveiene fra en aktiverende (CD16) og en hemmende (CD161) er karakterisert med denne metoden, og vi forventer å kunne klarstille data for en publikasjon første halvdel 2015. Informasjonen fra dette studiet, vil nå benyttes til å sette opp eksperimenter på pasientprøver.
Et tredje delprosjekt har tatt for seg NK-celler i pediatriske pasienter diagnostisert med akutt leukemi ved Barneklinikken, Oslo Universitetssykehus i samarbeid med Dr. Anne Grete Bechensteen. Samarbeidet ble etablert våren 2013, og rekruttering av pasienter startet januar 2014. Hos barn utgjør akutte leukemier nær en tredjedel av alle diagnostiserte kreftformer. Vi har til nå rekruttert 18 barn til studiet, hvorav hovedparten av disse har diagnosen pre-B ALL. Blod og beinmarg fra pasientene samles inn ved diagnosetidspunkt, under behandling, etter endt behandling og ved årlige oppfølginger. Vi har detektert en trend til lavere NK-celleaktivitet hos pasientene sammenlignet med friske kontroller, og en skjevfordeling av ulike undergrupper av NK-celler. Målet er å kunne finne en sammenheng mellom NK-cellenes fenotype og funksjon, og forløpet av sykdommen.
Leukemi er en kreftform forsårsaket av ukontrollert vekst av ulike hvite blodceller i beinmargen. Vi ønsker å klargjøre rollen til NK-celler i utvikling av leukemi, og kombinerer en eksperimentell rottemodell for akutt leukemi med studier av pediatriske pasienter diagnostisert med akutt leukemi.NK-celler er vist å ha betydning for tidlig forsvar mot virusinfeksjoner, og ha en beskyttende funksjon mot utvikling av kreft, og da særlig hematopoietiske kreftformer. Det er nå økt interesse for NK-celler i forbindelse med immunterapier mot leukemier, og kliniske utprøvninger er underveis i flere land. På tross av at NK-celler er tenkt å ha en rolle i å hindre utvikling av leukemier, har flere studier indikert redusert NK-celleaktivitet i pasienter. Nedsatt aktivitet er også assosiert med økt risiko for tilbakefall etter endt behandling. Det er foreløpig uklart om nedsatt NK-funksjonalitet er en medvirkende årsak til utvikling av leukemi, eller om leukemicellene hemmer NK-cellenes funksjonalitet.
For å kunne studere hvordan utvikling av leukemi påvirker NK-celler har vi re-etablert en rottemodell for akutt lymfatisk leukemi (ALL). En lav dose leukemiceller (en T-celleleukemi; Roser) injiseres i rotter, og tester for immunfenotyping og funksjonalitet av NK-celler utføres fra tidspunkter før leukemicellene er detekterbare i blod og frem til det definerte endetidspunktet (30 % leukemiceller i blodet omtrent 25 dager etter injeksjon). Mens typiske NK-cellefunksjoner som cytokinproduksjon og drapsaktivitet er normale frem til leukemicellene er detekterbare, har vi målt nedgang i uttrykk av visse aktiverende reseptorer i forkant av fallet i NK-celleaktivitet. I parallell med studiet in vivo, har vi også pågående studier in vitro hvor vi undersøker hvilke mekanismer som fører til nedsatt NK-mediert drap av leukemicellene og om denne hemmingen eventuelt kan oppheves.
Et av delmålene for prosjektet har vært å kartlegge intracellulære signaleringskaskader i NK-celler, for å kunne initiere studier med formål å avdekke eventuell dysregulering av signalmolekyler i NK-celler fra pasienter med leukemi. Dette prosjektet er i samarbeid med Dr. Fridtjof Lund-Johansen ved Oslo Universitetssykehus, og vi har i løpet av året etablert protokoller for å stimulere celler, isolere intracellulære proteiner, og identifisere proteinene ved hjelp av antistoff array rettet mot hundrevis av ulike proteiner. Med denne metoden har vi kunnet identifisere økning i tyrosinfosforylering av proteiner, samt dissekere proteinkomplekser i ustimulerte versus stimulerte celler.
Et tredje delprosjekt har tatt for seg NK-celler i pediatriske pasienter diagnostisert med akutt leukemi. Hos barn utgjør akutte leukemier nær en tredjedel av alle diagnostiserte kreftformer. Et samarbeid ble etablert med Barneklinikken ved Oslo Universtitetssykehus våren 2013, og REK-godkjennelse ble innhentet høsten 2013. Omtrent 30 barn blir årlig innlagt for akutte leukemier, og vi kommer til å samle inn blod og beinmarg fra pasientene ved diagnosetidspunkt, under behandling, etter endt behandling og ved årlige oppfølginger. Målet er å kunne finne en sammenheng mellom NK-cellenes fenotype og funksjon, og forløpet av sykdommen. Prosjektet er i en tidlig fase, og 4 pasienter er så langt inkludert. Det er foreløpig for tidlig å indikere om foreløpige funn er relevante.
Vi forventer å kunne publisere funn både fra dyremodellen og fra signaleringsarbeidet i løpet av 2014.
Vitenskapelige artikler
Boieri M, Ulvmoen A, Sudworth A, Lendrem C, Collin M, Dickinson AM, Kveberg L, Inngjerdingen M
IL-12, IL-15, and IL-18 pre-activated NK cells target resistant T cell acute lymphoblastic leukemia and delay leukemia development in vivo.
Oncoimmunology 2017;6(3):e1274478. Epub 2017 jan 17
PMID: 28405496
Deltagere
- Marit Inngjerdingen Prosjektleder
- Anne Grete Bechensteen Medveileder
- Aina Ulvmoen Doktorgradsstipendiat (finansiert av denne bevilgning)
- Amanda Sudworth Postdoktorstipendiat (annen finansiering)
- Margherita Boieri Doktorgradsstipendiat (annen finansiering)
- Vera S. Blankson Prosjektdeltaker
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til eRapport