De effecten van klinisch toepasbare chemotherapeutica op de immunogeniciteit van melanoom celdood.

Tijdens de ontwikkeling van kanker worden kankercellen afgeweerd door het immuunsysteem. Alleen varianten die in staat zijn de menselijke afweerreacties te omzeilen geven aanleiding tot een agressieve tumor. Het wordt dan ook meer en meer  aangenomen dat een efficiënte antikankertherapie de immuun-onderdrukkende effecten van kankercellen moet kunnen tegenwerken en een antikanker immuunreactie moet kunenn opwekken om op een efficiënte manier de kankerlesies te verwijden en herval te voorkomen. In deze context gaat er recent veel aandacht uit naar een specifieke vorm van therapie-geïnduceerde apoptotische celdood, ‘immunogene celdood (ICD)’ genoemd. Hierbij wordt gevaar-signalisatie geactiveerd en worden „damage-associated molecular patterns” (DAMPs) vrijgezet.

Tijdens mijn doctoraat heb ik het ICD-inducerende potentieel onderzocht (zowel in vitro als in vivo,) van twee klinisch relevante melanoom-behandelingen: melphalan (Mel) en vemurafenib.

Vemurafenib is een inhibitor van BRAFV600E, een frequent gemuteerd kinase in de MAPK signalisatie. Deze doelgerichte therapie wekt een significante, maar kortdurende, klinische respons op in patiënten met metastatisch melanoom. In het eerste deel van mijn thesis heb ik aangetoond dat de melanoomcellijnen die een BRAFV600E mutatie dragen, reageerden op vemurafenib met de inductie van caspase-afhankelijke celdood en de activatie van gevaar-signalisatie. Het gevaar-signaal resulteerde in de vrijzetting van twee DAMPs, ecto-CRT en ecto-HSP90, maar faalde om ATP vrij te zetten. Dergelijke effecten werden niet gezien in twee isogene vemurafenib-resistente cellijnen. In een poging om de gevaar-signalisatie in vemurafenib-resistente cellen toch op te wekken, heb ik aangetoond dat inhibitie van het MAPK signaal met een inhibitor van MEK, het kinase dat stroomafwaarts van BRAF geactiveerd wordt, celdood en gevaar-signalisatie herstelde. De DAMPs geïnduceerd door de inhibitie van het MAPK signaal waren functioneel, aangezien enkel de melanoomcellen met celdood-geïnduceerde gevaar-signalisatie gefagocyteerd werden en DAMP-gerelateerde DC maturatie induceerden. Recent onderzoek door het team van Dr. Guido Kroemer en door onze eigen onderzoeksgroep heeft aangetoond dat ICD-geïnduceerde gevaar-signalisatie gemoduleerd wordt door autofagie, een belangrijk adaptatiemechanisme dat gestimuleerd wordt tijdens de progressive van melanoma. Aansluitend, heb ik gevonden dat vemurafenib-resistente cellen zowel een hogere basale als geneesmiddel-geïnduceerde autofagie vertoonden. Het onderdrukken van autofagie kon celdood en gevaar-signalisatie in vemurafenib-resistente cellen versterken na blokkade van MEK. Nochtans was autofagie-inhibitie op zich onvoldoende om de vemurafenib-resistente cellen opnieuw gevoelig te maken voor deze behandeling.

Het andere onderzochte anti-melanoom therapeuticum Melphalan (Mel), is een plaatselijk toegediend geneesmiddel. Het wordt gegeven via geïsoleerde-lidmaat perfusie (Mel-ILP) aan patiënten met melanomen gelokaliseerd op lichaamsuiteinden. In biopsies van humane melanomen heb ik aangetoond dat Mel-ILP resulteerde in een ontstekingsbevorderende micro-omgeving, gekarakteriseerd door een toename van IL1B, IL8 en IL6. Deze toename was geassocieerd met een snelle (1 uur) vrijgave van IL6 en IL1β, gedetecteerd in het (locale) serum van de patiënten. Daarnaast werd in in vitro experimenten aangetoond dat Mel een milde gevaar-signalisatie induceert die resulteerde in een caspase-afhankelijke, ER-stress gerelateerde HSP90 blootstelling. De gelimiteerde capaciteit van Mel om een prompte en moleculair diverse set van DAMPs te induceren werd toegeschreven aan de lichte, Ca2+ afhankelijke ER-stress inductie na Mel. In parallel vertoonden Mel-behandelde humane melanoomcellen inductie van semi-mature DCs en een gematigde T cel activatie. Bovendien toonde in vivo profylactische immunisatie in muizen aan dat Mel-behandelde kankercellen in staat waren om een CD8+ T cel-afhankelijke beschermende anti-kankerreactie te stimuleren. Dit gebeurde echter in mindere mate dan door een goedgekende ICD ‘inducer’. Wel kon het milde Mel-geïnduceerde “anti-kanker vaccinatie effect” sterk gepotentieerd worden via combinatoriële behandeling met exogeen recombinant CRT.

In conclusie tonen beide studies aan dat de klinisch toegepaste melanoom therapieën, Mel en vemurafenib, gevaar-signalisatie induceren die verder kan gestimuleerd worden via bepaalde combinaties van behandelingen. Hoogst waarschijnlijk wordt de beperkte capaciteit van deze therapieën om gevaar-signalisatie te induceren veroorzaakt door een matige inductie van ER stress en de stimulatie van autofagie. De resultaten van mijn doctoraatswerk tonen dan ook aan dat de efficiëntie van vemurafenib en Mel verbeterd kan worden door de combinatie met klinisch gebruikte autofagie inhibitoren of met Thapsigargine-gerelateerde derivaten, bvb. G-202 of door het toevoegen van rCRT. Ook zouden andere immuun-stimulerende therapieën, zoals IDO-inhibitoren of kanker vaccins, in overweging genomen kunnen worden om de milde immunogene eigenschappen van de onderzochte anti-melanoma therapieën te versterken.