1 Immunologia NowotworówDr Barbara Szkudlińska

2 Wprowadzenie Nowotwór powstaje w wyniku namnażania się pojedynczej komórki po transformacji nowotworowej( modyfikacja - defekt DNA komórki) Komórki nowotworowe charakteryzują się niskim stopniem zróżnicowania. Mogą szybko rozprzestrzeniać się w organizmie - przerzuty

3 Typy nowotworów Carcinoma: Rak endo albo ektodermy np. Skóry albo wyściółki epithelialnej organów Sarcoma: Rak mezodermy np. kości Białaczki i Lymphoma: Raki komórek hematopoetycznych

4 Nowotwory- Przyczyny powstawaniaMutacje genów kontrolujących podział komórki Proto-onkogeny nabycie protoonkogenu zmiana komórkowego protoonkogen Geny supresorowe dla nowotworu— defekt ich funkcji daje w efekcie bodziec dla komórki do nieustannego namnażania działanie karcinogenów

5 Rodzaje genów promujących karcinogenezęonkogeny Centralna regulacja wzrostu i podziału komórki onkogenne mutcje sa przyczyną ciągłego sygnału do wzrostu Geny - naprawiające DNA utrzymywanie genetycznej stabilności Naprawa, wycięcie, albo tolerancja uszkodzeń DNA Mutacje prowadzą do hiper wrazliwości na mutagenezę Geny supresorowe nowotworów Negatywne regulatory wzrostu komórki

6 Oncogenes originally identified through their presence in retrovirusesT-cell leukemia mouse PTK akt sarcoma chicken src monkey PDGF-b sis reticuloendotheliosis turkey Regulator of NF-kB rel Erythroleukemia, sarcoma rat GTP-binding protein H-ras Sarcoma, myelocytoma, carcinoma Transcription regulator myc Chicken/mouse raf cat Stem cell factor (SCF) kit Osteosarcoma, fibrosarcoma Mouse/chicken AP-1 transcription factor fos/jun GMCSF-R (PTK) fms Cat/chicken (PTK) fes Erythroleukemia, fibrosarcoma EGF-receptor (RTK) erb-B Pre-B-cell leukemia Mouse/cat Protein tyrosine kinase (PTK) abl Virus-induced tumor Source of virus Proto-oncogene function Oncogene

7 Antygeny nowotworowe: mechanizmy indukcjiKodowane przez geny unikalnie eksponowane przez guz Kodowane przez zmutowane geny obecne w normalnej głównej tkance Reaktywacja embrionalnych genów albo genów innych linii różnicowania Indukcja zwiększonej ekspresji normalnych antygenów

8 ANTYGENY NOWOTWOROWE Na nowotworze ulegają ekspresji antygeny gospodarza. Nowotwór tym różni się od własnych tkanek że ulegają na nim ekspresji antygeny - TSA i TAA Antygeny nowotworowo - swoiste (TSA): Unikalne antygeny występujące tylko na komórkach nowotworowych Nie produkowane przez normalne komórki organizmu swoiste Antygeny związane z nowotworem (TAA): Nie unikalne do guza Antygeny normalnie występujące w bardzo niskim poziomie, które ulegają ekspresji w większych ilościach w komórkach nowotworowych Antygeny występujące na normalnych komórkach podczas embrionalnego rozwoju, normalnie nie występujące u dorosłych związane z nowotworem antygeny wirusowe

9 Ekspresja antygenów na komórce nowotworowejAntygeny MHC Nowotworowo swoiste transplantacyjne Ag TSTA (TSA) Związane z nowotworem rozwojowe Ag TADA (TAA) Związane z nowotworem wirusowe Ag TAVA (TAA) TSA (TSTA): unikalne dla guza - odgrywają zasadniczą rolę w odrzuceniu nowotworu.

10 Przykłady antygenów związanych z nowotworemAnormalna ekspresja komórkowych białek np..: HER-2, MUC-1 gangliozydy: GM2, GD2, GD3. Białka melanogenezy: Tyrosinase, gp-100, MART-1, TRP-1, TRP-2 Ag nowotworowe wspólne (jądro/nowotwór): MAGE-1,3, BAGE, GAGE Antygeny płodowo-nowotworowe: CEA, AFP białka kodowane przez zmutowane onkogeny: p53, k-Ras, CDK-4, BCR/ABL Antygeny wirusowe (HPV, EBV, CMV)

11 Związane z nowotworem rozwojowe antygenyTADA Występują na komórkach nowotworowych i komórkach płodów. Nie pobudzają odporności przeciwnowotworowej. Wykorzystywane w diagnostyce. Alfa-fetoproteina(AFP) nowotwory wątroby Karcinoembrionalny Ag (CEA) nowotwory jelita grubego i odbytu human chorionic gonadotropin (b-HCG)

12 Inne antygeny związane z nowotworemCiche geny - kodujące Ag - np. Thymic leukemic antygen (Tla) ulegający ekspresji na tymocytach niektórych gatunków Ag różnicowania: Limfocyty B produkują powierzchniowe Ig. komórki nowotworowe B mają sIg

13 Wirusy onkogenne Typy:DNA wirusy: papova (SV40, polyoma, papilloma -HPV 16,18), hepatitis B i C, wirus Epsteina -Barra - EBV. RNA wirusy: Retrowirusy---> Ludzki wirus T- limfocytotropowy (HTLV-I i HTLV-II). Indukują silną odpowiedź immunologiczną.

14 Przykłady znaczenia układu immunologicznego w odrzucaniu nowotworuSpontaniczna regresja Regresja przerzutów po usunięciu pierwotnego nowotworu Regresja po chemioterapii Infiltracja guza przez limfocyty i makrofagi Proliferacja limfocytów w drenujących węzłach chłonnych Większe ryzyko nowotworu po immunosupresji, w niedoborach immunologicznych (AIDS, noworodki), związane z wiekiem, etc.

15 Warunki dla skutecznej przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznejEkspresja obcych antygenów na kom. nowotworowych. Immunogenność nowotworu. Immunokompetencja organizmu gospodarza. Odpowiedź immunologiczna z wykluczeniem nabycia tolerancji. Brak zmienności antygenowej nowotworu.

16 Odpowiedź immunologiczna na nowotwórOdpowiedź typu humoralnego odgrywa bardzo małą rolę Odpowiedź komórkowa Limfocyty CD8+ i CD4+ Komorki NK Komórki dendrytyczne Makrofagi

17 Znaczenie limfocytów cytotoksycznych CTLTSTA są prezentowane przez MHC kl I limfocytom cytotoksycznym CTL CTL wytwarzają FasL lub perforyny/granzymy niszczące kom. nowotworowe Jeżeli kom. nowotworowe są Fas+, CTL poprzez FasL stymulują apoptozę komórek guza.

18 Rola limfocytów Th TSTA są przetwarzane i prezentowane limfocytom Th przez makrofagi i limfocyty B Th aktywują limfocyty B i makrofagi poprzez produkowane cytokiny. Ab nie są efektywne w walce z nowotworani z wyjątkiem nowotworów indukowanych retrowirusami. Aktywowane przez cytokiny komórek Th makrofagi niszczą komórki nowotworowe.

19 Rola przeciwciał Ag B Ab Aktywacja dopełniacza Guz sIg Komplement GuzKomórki NK/ Makrofagi/ Granulocyty Fc Fab FcR Cytotoksycznośc komórkowa zależna od przeciwciał (ADCC) Aktywacja dopełniacza

20 Rola komórek NK Komórki NK rozpoznają MHC -negatywne nowotworyNK -duże limfocyty z ziarnistościami (LGL) TCR-, asialoGM+ lub NK1.1+. Zabijają komórki zakażone wirusem i komórki nowotworowe Działają bezpośrednio cytotoksycznie i w mechanizmie ADCC Są aktywowane (IL-2) i przekształcają się w komórki LAK (lymphokine-activated killer cells) przy udziale FasL i perforyn niszczą komórki nowotworowe.

21 Makrofagi Spoczynkowe Mf nie niszczą kom. nowotworowychAktywowane Mf są nowotworobójcze cytotosyczność bezpośrednia i ADCC Reaktywne związki tlenu (O-, H2O2) Tlenek azotu (NO) TNF enzymy lizosomalne Przetwarzanie i prezentacja antygenów

22 Mechanizmy unikania odpowiedzi immunologicznej przez nowotwórGeneracja komórek supresorowych (Ts) Produkcja cytokin o działaniu immunosupresyjnym np.: prostaglandyny, transforming growth factor beta (TGF-b), IL-10, etc. MF Guz CTL Ts

23 Brak prezentacji antygenówBrak lub niska ekspresja MHC na komórkach nowotworowych Niska ekspresja cząsteczek adhezyjnych/kostynulacyjnych niezbędnych do aktywacji limfocytów T

24 Mechanizmy ucieczki nowotworów :Maskowanie Ag: opłaszczenie kwasem sialowym, mucyną, fibryną Tolerancja gospodarza na antygeny nowotworowe (płodowonowotworowe) Tolerogenne Ag nowotworowe

25 Mechanizmy ucieczki nowotworów :Mutacje kom. nowotworowych z utratą ekspresji antygenów Zmienność antygenowa, złuszczanie antygenów Czynniki blokujące: wolne Ag lub kompleksy Ag-Ab. Blokują FcR na kom. NK i innych lub indukują komórki supresorowe

26 Leczenie nowotworów Chirurgia - Nowotwory zlokalizowanePromieniowanie -radioterapia - Przeciw namnażającym się komórkom (szpik, etc.) Może powstawać oporność nowotworu na promieniowanie Chemioterapia - Rozwój chemiooporności nowotworu Immunoterapia - Przerzuty guza swoistość Nie rozwija się oporność Mała toksyczność

27 Typy immunoterapii Bierna (przeciwciała) Czynna nieswoista.Adiuwanty (np. BCG, adiuwant Freunda, MPL, KLH) Cytokiny (Interferon alfa, gamma; IL-2, IL-12, GM-CSF) Czynna swoista (Szczepionki): Całe komórki (np. CancerVax R, zmodyfikowane genowo; allogeniczne lub autologiczne) Lizaty (np. Melacine, lizaty powodowane przez wirusy (krowianka) Gangliozydy (e.g. GM2) Peptydy (gp-100, MART-1, TRP-1/2, tyrosinase, MAGE-1/3) Komórki dendrytyczne (opłaszczone peptydami, lizatem komórkowym) Adoptywna (komórki LAK / TIL )

28 Immunoterapia Immunizacja czynna: SwoistaSzczepienie antygenami wirusowymi: np.: Feline leukemia virus (FLV) Hepatitis B virus. Wirusy brodawczaka (szczep. sprzężona) Łączenie z haptenem (trinitrophenol - TNP) Transfekcja kostymulatorem (B7)

29 Zastosowanie modyfikowanych in vitro komórek dendrytycznychKomórki dendrytyczne - kom APC Dla dobrej prezentacji Ag nowotworu: “karmienie”ag. nowotworu(np. lizatem ) Fuzja z komórkami guza Transfekcja DNA,lub RNA guza Dodatkowe zabiegi: Ko-transfekcja genami dla cytokin i cząsteczek kostymulacyjnych Sprzęganie z motywami CpG

30 Wektory Nośniki wzmpomagające efektywność transferu DNA(genów do komórek) Wektory wirusowe retrowirusy adenowirusy inne wirusy Wektory niewirusowe liposomy pistolety genowe nanosfery

31 Zastosowanie przeciwciał monoklonalnychNieznakowane Mo Ab: np. Anty-CD20 Ab w non-Hodgkin’s lymphoma aktywacja C ADCC modyfikowane Mo Ab (Radioizotopy/Toksyny) 131I (Iodine)

32 Brak efektywności Ab Prezentacja Ag nowotworu przez MHC kl IZłuszczanie / wchłanianie/ nowotworowych Ag / kompleksów Ag-Ab Niecytotoksyczne Ab (C /ADCC) Przeciwciala monoklonalne mysie powodują rozwoj wstrząsu anafilaktycznego lub choroby posurowiczej –Humanizowane/chimeryczne Ab (od 2 gat.) Humanizowane Ab dwuwartościowe Ab Ag Mysie Fab CD3 Limf. T kom. guza Ludzkie Fc

33 Immunoterapia adoptywna1. Terapia z komórkami LAK : limfocyty pacjenta + duża dawka IL-2 NK LAK 2. Terapia z komórkami TIL (Tumor-infiltrating lymphocytes ) : limfocyty tkanki i okolic guza + duża dawka Il2 - Aktywowane NK and CTL Problemy: Do uzyskania efektu rerapeutycznego potrzebna jest b. duża liczba komórek Stosowane musza być wysokie stężenia IL2 (toksyczna) Stosowana w nowotworach z obniżoną/brakiem ekspresji MHC Kl I

34 Rola Cytokin IL-2 IFN-g IFN-a TNFa and TNFbStymuluje proliferację limfocytów, aktywuje limfocyty T. Stosowana w karcinoma kom. nerek IFN-g Wzrost ekspresji MHC kl I i II na komórkach nowotworowych Aktywuje swoiste limfocyty Tc. IFN-a Wzrost ekspresji MHC kl I na kom. nowotworowych. Ogranicza nawroty u pacjentów z melamoma. Dzialanie obserwowane u pacjentów z leukemią, lymphoma, myeloma, Kaposi’s sarcoma TNFa and TNFb Nekroza guza nie stosowany - powoduje zbyt duże systemowe skutki uboczne

35 Terapie cytokinowe podawanie cytokin. 1. Interleukina -2 (IL-2) -Melanoma and renal cell carcinoma Aktywuje NK i CTL Toksyczna gorączka, , edema, szok 2. Tumor necrosis factor (TNF) - Carcinoma

36 3. Interferon (IFN)-a : Aktywuje NK Wzmaga ekspresję MHC kl I Hairy cell leukemia, renal cell carcinoma, melanoma, Kaposi sarcoma, nowotwory krwi 4. IFN-g : nowotwór jajnika 5. Czynniki wzrostowe hematopoezy: zwalczają neutropenię GM-CSF ( granulocyte-macrophage colony stimulating factor ) G-CSF (granulocyte colony stimulating factor )

37 Terapie genowe Wprowadzanie genów cytokinowych dla IL-2, IL-4, IL-12, GM-CSF lub IFN-g do komórek nowotworowych. T cell Mf IL-2 IL-4 GM-CSF nowotwór Wprowadzanie genów dla sprawnej apoptozy (P53), hamujących angiogenezę w guzie

38 Apoptoza a nowotwory

39 Transplantacja szpikuAllogenicznego autologicznego

40 Terapia oligonukleotydowa

41 DZIĘKUJĘ