171
172
Nederlandse samenvatting NEDERLANDSE SAMENVATTING Met vaccinaties kunnen veel ziektes voorkomen worden, zoals de mazelen, de rode hond en de griep. Echter een vaccin voor het voorkomen van kanker is veel moeilijker om te maken. Dit komt omdat de meeste kankers verschillend van elkaar zijn. Het is niet mogelijk één vaccin te maken tegen verschillende soorten kankers. Vaccineren tegen kanker, kan dus pas wanneer je al kanker hebt, dit wordt therapeutische vaccinatie genoemd. Door middel van het injecteren van peptiden kun je het immuunsysteem activeren. Peptiden zijn stukjes eiwit. Wanneer peptiden gebruikt worden die specifiek zijn voor de kankercel, kun je het immuunsysteem activeren om zo de kanker op te ruimen. Gedurende mijn promotie onderzoek, heb ik het effect van de lengte van deze peptiden op de activatie van het immuunsysteem en de gepaard gaande antikanker respons onderzocht. Daarnaast heb ik onderzocht hoe we peptide vaccinaties verder kunnen optimaliseren door het toevoegen van verschillende soorten adjuvantia (immuun stimulerende stoffen) aan het vaccin. Het immuunsysteem Het immuunsysteem bestaat uit een scala aan cellen met verschillende functies. Een van de belangrijkste cellen van het immuunsysteem zijn de professionele antigeen presenterende cellen (APC), waarvan de dendritische cellen (DC) de meest gespecialiseerde zijn. DC hebben lange uitlopers, dendrieten genaamd, waarmee ze pathogenen (virussen, bacteriën, of parasieten) of dode (kanker) cellen kunnen oppakken en internaliseren. De DC knipt vervolgens de eiwitten - van de pathogenen of de kankercellen - in kleine peptiden van 8-10 aminozuren groot. Het peptide wordt samen met een ander eiwit MHC als een complex gepresenteerd. Het MHC heeft een groeve waar dit peptide precies in past. Het peptide, samen met het MHC wordt op het cel oppervlak als peptide:mhc complex gepresenteerd aan andere cellen van het immuunsysteem, de CD8+ T cellen. Wanneer de CD8+ T cel een peptide sequentie herkent op het oppervlak van de DC, wordt de CD8+ T cel geactiveerd voor dit specifieke peptide. De CD8+ T cel vermenigvuldigt waardoor er een groot leger aan CD8+ T cellen ontstaat wat specifiek is voor dat ene peptide. Vervolgens migreert de CD8+ T cel naar de door de pathogeen geïnfecteerde cellen of de kankercellen om deze vervolgens op te ruimen. CD8+ T cellen herkennen hun target cel aan de buitenkant. Iedere cel presenteert op het oppervlak, peptiden van alle eiwitten die zich in de cel bevinden als peptide:mhc complex. Indien een cel met een virus is geïnfecteerd of tot een kankercel is getransformeerd, worden dus ook peptiden van de eiwitten die daar betrokken bij zijn gepresenteerd. Zodra de CD8+ T cel het peptide:mhc complex herkent op de cel waarvoor het geactiveerd is, wordt deze cel opgeruimd. 173
Peptide vaccinatie Kanker specifieke peptiden die op de kankercel gepresenteerd worden als peptide:mhc complex, kunnen ook gebruikt worden voor vaccinatie. Het is per slot van rekening hetzelfde peptide waarmee de CD8+ T cel geactiveerd wordt om vervolgens de kankercel op te ruimen. Deze peptiden van 8-10 aminozuren lang worden korte peptiden genoemd. Het induceren van een antikanker respons met deze korte peptide is niet optimaal. Wanneer een peptide van 30 aminozuren lang wordt gebruikt voor vaccinatie - waar dezelfde sequentie van 8-10 aminozuren in zit - blijkt de CD8+ T cel respons veel sterker te zijn dan wanneer het korte peptide voor vaccinatie wordt gebruikt. Het ontrafelen van dit fenomeen was een van het belangrijkste onderwerp van mijn promotie onderzoek Dit proefschrift Het effect van korte en lange peptiden vaccinaties hangt af van of het peptide in een waterige oplossing met een adjuvant (hoofdstuk 2) of in een olieachtige substantie - wat meestal in patiënten wordt gebruikt - wordt toegediend (hoofdstuk 3). De vorm van toediening bepaalt de duur van presentatie van de peptiden aan het immuunsysteem. Het peptide in het waterige vaccin wordt voor ongeveer 2 tot 10 dagen aan het immuunsysteem gepresenteerd (hoofdstuk 2) terwijl de peptiden die in een olieachtige substantie worden toegediend voor meer dan 60 dagen aan het immuunsysteem worden gepresenteerd (hoofdstuk 3). Bij het waterige vaccin zijn een aantal parameters belangrijk voor een antikanker respons (hoofdstuk 2). Dit zijn het aantal CD8+ T cellen geïnduceerd door het vaccin, het APC type dat het peptide presenteert en de sterkte van binding van het peptide aan het MHC. Een kort peptide dat niet zo goed bindt aan het MHC wordt maar 2 dagen door het immuunsysteem gepresenteerd aan de CD8+ T cellen. Hierdoor worden maar weinig CD8+ T cellen geïnduceerd en is er geen goede antikanker respons. Een langere duur van presentatie van 10 dagen, wordt bereikt na vaccinatie met: een niet zo sterk MHC bindend lang peptide of met een sterk MHC bindend kort of lang peptide. Vaccinaties met deze peptiden induceren allemaal veel CD8+ T cellen. Echter de antikanker respons is het meest optimaal voor de beide langere peptiden. Deze peptiden worden namelijk door DC gepresenteerd, welke de meest professionele APC zijn in het immuunsysteem. Het sterk MHC bindend kort peptide wordt gepresenteerd door professionele en niet-professionele APC. Ondanks de inductie van veel CD8+ T cellen, zijn deze CD8+ T cellen niet goed in staat om de kanker op te ruimen. Het gebruik van lange peptiden voor vaccinaties tegen kanker lijkt dus altijd een sterkere immuunrespons te induceren dan het korte peptide. Bij het olieachtige vaccin hebben we een kort en lang peptide dat sterk aan het MHC kan binden met elkaar vergeleken (hoofdstuk 3). De duur van presentatie speelt hierbij geen rol 174
Nederlandse samenvatting aangezien beide peptiden voor meer dan 60 dagen gepresenteerd worden. De CD8+ T cel respons na vaccinatie met het korte peptide is kortdurend. Op dag 10 zijn de CD8+ T cellen te detecteren, op dag 30 zijn deze echter volledig verdwenen. Wanneer het lange peptide wordt gebruikt voor vaccinatie, zijn de CD8+ T cellen nog wel aanwezig op dag 30. Het verschil in het effect van korte en lange peptide vaccinaties ligt aan het APC type dat het peptide presenteert en aan de locatie waar het peptide wordt gepresenteerd. Het lange peptide wordt in de lymfeklier vlak bij de plek van vaccinatie door DC gepresenteerd. Echter bij het korte peptide zijn ook andere cellen betrokken bij de presentatie van het peptide, zoals B- en T cellen. Daarnaast wordt het korte peptide ook in het gehele lichaam door B- en T cellen gepresenteerd. Presentatie van het korte peptide door deze cellen kan leiden tot tolerantie of dood van de CD8+ T cel. Dit is precies wat we zien na vaccinatie met het korte peptide. Concluderend, wanneer een olieachtige substantie wordt gebruikt voor peptide vaccinatie, is alleen het lange peptide vaccin in staat om CD8+ T cellen te induceren die langdurig aanwezig blijven. Daarom is dit lange peptide vaccin beter om mee te vaccineren dan het korte peptide vaccin. In hoofdstuk 4 staat het onderzoek beschreven van hoe een waterig lang peptide vaccin bestaande uit een peptide dat zowel CD8+ als CD4+ T cellen kan induceren, verbeterd kan worden door het toevoegen van een adjuvant. We hebben hiervoor verschillende soorten adjuvantia getest. Het onderzoek toonde aan dat de mate waarin het adjuvant de DC kon activeren niet bepalend was of er ook een goede CD8+ T cel respons werd geïnduceerd. Het aantal door het vaccin geïnduceerde CD8+ T cellen was ook hier belangrijk voor de antikanker respons maar niet doorslaggevend. Er waren drie adjuvantia die evenveel CD8+ T cellen induceerden, echter was maar één adjuvant goed in het induceren van CD8+ T cellen die ook de kanker konden opruimen. Belangrijke parameters van een goed antikanker vaccin zijn, dat het vaccin CD8+ T cellen induceerde die IFNgamma produceerden en dat het vaccin tegelijkertijd veel CD4+ T cellen activeerde. In hoofdstuk 5 staat het onderzoek beschreven van het mechanisme waarom koppeling van een lang peptide aan een adjuvant, een betere CD8+ T cel respons induceert dan het niet gekoppelde vaccin. De reden hiervoor is dat door de koppeling meer peptiden in de DC terecht komen. Het adjuvant gedeelte van het complex wordt namelijk gebonden door receptoren op de DC. Hierdoor wordt dus tegelijkertijd het peptide door de DC opgenomen. De receptoren die betrokken waren bij de opname van het adjuvant bleken andere receptoren te zijn dan die verantwoordelijk zijn voor de activatie van de DC via dit adjuvant. Waarschijnlijk zijn algemene ( scavenger ) receptoren betrokken bij de opname van deze adjuvantia. In hoofdstuk 6 staat het onderzoek beschreven van de antikanker respons in muizen die het cbl-b gen missen. De onderzoeksvraag was of afwezigheid van het cbl-b gen, en daardoor het 175
eiwit, de antikanker T cel respons zou versterken. Afwezigheid van cbl-b leidt tot CD8+ T cellen die hypergevoelig zijn. Deze muizen waren in staat om spontaan grote hoeveelheden kanker cellen op te ruimen zonder dat ze gevaccineerd hoefden te worden. Het remmen van cbl-b in CD8+ T cellen tijdens een (peptide) vaccinatie in kanker patiënten zou daarom een additionele therapie kunnen zijn voor het induceren van een betere antikanker respons. Samenvattend hebben we met dit onderzoek beter inzicht gekregen in hoe korte en lange peptiden vaccins werken. Daarnaast hebben we laten zien waarom lange peptiden vaccins een betere CD8+ T cel respons induceren dan korte peptiden vaccins. De keuze van het adjuvant speelt ook een cruciale rol in de effectiviteit van het vaccin en het koppelen van het adjuvant aan het lange peptide kan het effect van het vaccin verder versterken. Deze data zijn van groot belang voor het verdere ontwikkelen van toekomstige peptiden vaccins. 176