Anti-cancer vaccination – Immunomonitoring of a clinical phase I/II study in prostate cancer patients vaccinated with a RhoC-derived synthetic peptide

Abstract

Die Vakzinierung mit Peptiden, die von tumorassoziierten oder -spezifischen Antigenen entstammen, welche eine Art der Immuntherapie darstellt, verfolgt das Ziel, eine spezifische, gegen den Tumor gerichtete Immunantwort zu induzieren, oder eine vorhandene Immunantwort zu verstärken. Das Ziel der Arbeit war, zu untersuchen, ob solch eine Aktivierung des Immunsystems im Rahmen einer klinischen Phase I/II Peptid-Vakzinierungs-Studie bei Prostatakarzinom (PCa)- Patienten vorliegt. Die Patienten wurden wiederholt mit einem der RhoC Zielstruktur entstammenden synthetischen langen Peptid (SLP, 20 Aminosäuren), welches potentiell CD8 und CD4 Zellen aktivieren kann, zusammen mit Montanide ISA-51 vakziniert. Eine Vakzine-spezifische Immunantwort konnte in 86% der Patienten nachgewiesen werden, welche mindestens noch zehn Monate nach der letzten Vakzinierung nachweisbar war. Die Vakzin-spezifischen Zellen waren überwiegend multifunktionale CD4 Zellen, die einen Effektor-Gedächtnis-T-Zellen Phänotypen aufwiesen. Insgesamt konnten drei promiskuitiv präsentierte humane Leukozytenantigen (HLA)-Klasse II Peptide nachgewiesen werden. Die aktivierten CD4 Zellen zeigten auch nach wiederholten Vakzinierungen keinen Phänotypen der Exhaustion. Eine zusätzliche Vakzin-spezifische CD8 Zell Antwort, die durch HLA-B*27:05 restringiert war, konnte bei einem Patienten nachgewiesen werden. Die Untersuchung zeigt, dass das RhoC-entstammende Vakzin-Peptid immunogen ist und eine langanhaltende Immunantwort in einer Vielzahl von Patienten hervorruft.

Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit den technischen Aspekten die zur Durchführung der hier präsentierten klinischen Studie wichtig sind. Zuerst werden in einem Review die gebräuchlichsten Methoden zum Nachweis von Antigen-spezifischen T Zellen in der experimentellen Immuntherapie, neben einer neu etablierten Methode zur Identifizierung von Antigen-spezifischen CD8 Zellen, erläutert. Methoden, die mitunter beschrieben werden, werden in der Folge für den Nachweis von Antigen-spezifischen CD8 und CD4 Zellen mit Hilfe von SLPs eingesetzt, dessen Protokolloptimierung danach beschrieben wird. Wir zeigen, dass der Einsatz von Poly-ICLC (Hiltonol®), ein Toll-ähnlicher Rezeptor 3 Agonist, sowie eine erhöhte SLP Konzentration führte zu einem verbesserten Nachweis von Peptid-spezifischen Zellen. Das optimierte Protokoll findet sein Einsatzgebiet nicht nur im Monitoring von klinischen Studien, sondern zum Beispiel auch in der Identifizierung von Epitopen.

Vaccination with peptides derived from tumor-associated or -specific antigens is a form of immunotherapy that specifically induces or reactivates T cell immune response to fight cancer. The aim of the present work was to assess the immune responses in prostate cancer (PCa) patients upon peptide vaccination in a clinical phase I/II study. PCa patients were repeatedly vaccinated with a RhoC-derived synthetic long peptide (SLP, 20 amino acids), which potentially activates CD8 and CD4 cells, emulsified in Montanide ISA-51. An immune response was detected in 86% of the patients after vaccination, which lasts at least ten months after the last vaccination. Vaccine-specific T cells were mainly poly-functional CD4 cells of the effector memory T cell phenotype. In total, three promiscuously presented human leucocyte antigen (HLA)-class II peptides were identified. No exhausted T cell phenotype was observed after multiple vaccinations. For one patient, a vaccine-directed CD8 cell response restricted by HLA-B*27:05 was detected in addition to the CD4 cell response. In conclusion, the RhoC-derived peptide is immunogenic and induces a long-lasting immune response in the majority of patients.

The second part of the thesis deals with technical aspects that are important for the presented clinical study. First, the common methods for the monitoring of clinical studies are described in a review, besides a newly established method for the identification of antigen-specific CD8 T cells. Methods that are described in this review are used for the identification of antigen-specific CD8 and CD4 cells using SLPs, which protocol optimization is described afterwards. We showed that the addition of Poly-ICLC (Hiltonol®), a toll-like receptor 3 agonist, together with an increased SLP concentration, lead to an optimized identification of peptide-specific cells. The optimized protocol could be used for the monitoring of clinical studies, as well as for the identification of epitopes, for example.