Immunità contro i tumori Prof.ssa L. Malaguarnera

Le cellule neoplastiche esprimono Ag propri e quindi vengono riconosciuti come estranei dal sistema immunitario 1908 Paul Ehrlich 1963 Burnet Immunosorveglianza Immunosorvrglianza prevede che una delle funzioni fisiologiche del sistema immunitario sia quella di riconoscere e distruggere cloni di cellule trasformate prima che possano crescere e formare tumori nonché di uccidere i tumori una volata che si siano generati

Obiettivi: Antigeni espressi dai tumori maligni Come il sistema immunitario li riconosce Approcci attuali di immunoterapia

Topo immunizzato con cellule tumorali irradiate Iniezioni di cellule vitali di diverso tumore Iniezioni di cellule tumorali vitali La risposta indotta dalle cellule irradiate del primo tumore non induce l’eliminazione del secondo tumore Gli antigeni tumorali di rigetto sono specifici nei diversi tumori. I topi immunizzati con un tumore irradiato e trattati con cellule vitali dello stesso tumore, possono in alcuni casi rigettare una dose letale del tumore (pannello di sinistra).Questo è il Risultato di una risposta immune contro gli TAA. Se I topi immunizzati sono trattati con cellule vitali di un tumore differente non c’è protezione e il topo muore (right panels). La risposta specifica contro gli antigeni tumorali elimina il tumore

Caratteristiche generali dell’immunità contro i tumori I tumori esprimono Antigeni riconosciuti come estranei dal sistema immunitario del paziente portatore della neoplasia I tumori sono in grado di evocare una risposta immunitaria : Indagini istopatologiche Studio condotti sui trapianti dei tumori indotti

IMMUNITA' E TUMORI: IMMUNOSORVEGLIANZA C. NORMALI MUTAZIONE C. NEOPLASTICHE C. NEOPLASTICHE ANTIGENICAMENTE DIVERSE DALLE C. NORMALI (TAA) STIMOLAZIONE SISTEMA IMMUNE RISPOSTA IMMUNOLOGICA

Argomenti a favore dell’ IMMUNOSORVEGLIANZA Maggiore incidenza di tumori spontanei negli animali timectomizzati e riduzione del tempo di latenza per quelli indotti Nella patologia umana: maggiore incidenza nei periodi in cui vi è l’incompleto sviluppo del sistema immunitario (prima infanzia) o durante la fase involutiva (senescenza)

Cellule NEOPLASTICHE SENZA TAA TUMORI negli IMMUNODEFICIT ARGOMENTI A SFAVORE Cellule NEOPLASTICHE SENZA TAA TUMORI negli IMMUNODEFICIT Tumori maligni in sedi immunoprivilegiate

Caratteristiche generali dell’immunità contro i tumori Le risposte immunitarie spesso non riescono a prevenire la crescita dei tumori: A) Scarsamente immunogeni B) Rapida crescita C) Capacità di sfuggire

La risposta immune frequentemente non riesce a prevenire la crescita del tumore Le cellule tumorali derivano dall’ ospite e quindi somigliano alla cellula normale, cioè la cellula esprime pochi Ag che possono essere riconosciute come non proprie La rapida crescita di molti tumori può superare la capacità di eradicare del sistema immune il tumore Molti tumori sono forniti di speciali meccanismi per evadere la risposta immune Sono poco immunogeni i tumori spontanei, mentre sono più immungeni quelli indotti da virus o da potenti cancerogeni, perché inducono mutazioni

Caratteristiche generali dell’immunità contro i tumori Il sistema immunitario può essere stimolato in modo tale da divenire capace di uccidere efficacemente le cellule neoplastiche ed eradicare il tumore:

Gli Antigeni tumorali che possono essere riconosciuti da linfociti T e B Antigeni Tumore specifici (TSA): Ag espressi unicamente su cellule tumorali Antigeni tumore associati (TAA) sono espressi anche in cellule normali, cioè sono normali costituenti cellulari la cui espressione nei tumori è aberrante o sregolata

Gli Antigeni tumorali Prodotti di Oncogeni e di geni Oncosoppressori mutati: Oncogeni: es. Ras (10% Ca umani) p210-bcr/abl Her-2/Neu Oncosoppressori: p53 (50%)

Gli Antigeni tumorali Prodotti di altri geni mutati: Ag tumorali derivati dalla mutazione casuale di geni (indotti da carcinogeni chimici)

Le cellule normali presentano peptidi autologhi legati alle molecole MHC Cellula normale Una mutazione puntiforme in una proteina autologa permette il legame di un nuovo peptide alle molecole MHC Una mutazione puntiforme in un peptide autologo crea un nuovo epitopo riconoscibile dalle cellule T Tumor rejection antigens: possono essere determinate da mutazioni puntiformi in una self proteina Che avviene durante il processo di oncogenesi. In alcuni casi una mutazione puntiforme in una self proteina puo permettere ad un nuovo peptide di associarsi con le molecule MHC class I (lower left panel). In altri casi, una mutazione che avviene in un self peptideche può legare unaproteina MHC causa l’espressione di un nuovo epitopo per il legame con la T-cell (lower right panel). In entrambi i casi, questi peptidi mutati will not have induced tolerance by the clonal deletion of developing T cells and can be recognized by mature T cells. Epitopo= Cellula tumorale Cellula tumorale

Gli Antigeni tumorali Proteine cellulari normali espresse in maniera aberrante Tirosinasi, gp100, MART MAGE, BAGE, GAGE espresse nei melanomi ed in molti Ca (normalmente espresse nella placenta e nel testicolo)

Le cellule normali presentano peptidi autologhi legati alle molecole MHC Cellula normale La riattivazione di geni della linea germinale Normalmente assenti in cellule differenziate Induce la presentazione di neoantigeni al sistema immunitario maturo L’ overspressione di proteine autologhe normali in una cellula tumorale cambia la densità di peptidi presentati e permette il riconoscimento da parte della cellula T Tumor rejection antigens sono peptidi di proteine cellulari presentati dalle molecole del MHC di classe I. I tumor rejection antigens possono derivare da proteine non mutate. In alcuni casi, le proteine che sono normalamente espresse solo nelle cellule germinali sono riespressi dalle cellule tumorali (lower left panel). As these proteins are normally expressed only during germ cell development, and in cells lacking MHC antigens, T cells are not tolerant of these self antigens and can respond to them as though they were foreign proteins. In altri tumori, l’ over-expression di una self proteina aumenta la densità di presentazione del normale self peptide sulla cellula tumorale (lower right panel). Such peptides are then presented at high enough levels to be recognized by T cells. It is often the case that the same germ cell or self proteins are overexpressed in many tumors of a given tissue origin, giving rise to shared tumor rejection antigens. Cellula tumorale Cellula tumorale

Gli Antigeni tumorali Antigeni tumorali codificati dal genoma di virus oncogeni: Proteine E6 ed E7 dei virus del papilloma (Ca della cervice uterina) Proteina EBNA-1 di EBV

Gli Antigeni tumorali Antigeni Oncofetali: CEA (CD66) AFP Antigeni Glicolipidici e Glicoproteici alterati: GM2, GD2, GD3 Mucine: Ca 125, Ca 19-9, MUC-1 . Antigeni Tessuto-Specifici di Differenziamento: CALLA CD20

ANTIGENI TUMORI ASSOCIATI Nella LLA CALLA Nella tricoleucemia Recettore per l’IL-2 Nel Melanoma: Recettori per diversi fattori di crescita Molecole di adesione (ICAM) Melanotransferrina; S-100 Ag neuroghiandolare ME491

TSTA (Tumor Specific Trasplantation Antigens) I° gruppo: antigeni la cui biosintesi è la conseguenza di un fenomeno di mutazione puntiforme e/o delezione genica (neoantigeni-tumore specifici) II° gruppo: Antigeni codificati da geni normali espressi durante lo sviluppo ontogenico (Ag oncofetali) III° gruppo: Antigeni presenti nei tumori da virus oncogeni IV° gruppo: antigeni che derivano da una produzione abnorme di molecole proteiche che sono espresse fisiologicamente dalle cellule normali da cui derivano (Fattori di crescita e loro recettori, molecole di adesione etc:

Antigeni dei tumori indotti da cancerogeni chimici

Antigeni dei tumori da virus oncogeni Antigeni dei tumori da retrovirus Antigeni dei tumori da oncodnavirus

Antigeni dei tumori da retrovirus Virionici Da differenziazione Non virionici Di rivestimento Intravirali VEA Transcriptasi TL Oncofetali (viral antigens inversa envelope VCSA Da mutazione (viral antigens Surface Antigens)

Antigeni dei tumori da oncodnavirus Da herpesvirus Da Adeno, Papova e Poxvirus EBNA (Epstein-Barr Nuclear Antigens) Sede nucleare; precoce VCA (Viral Capside Antigens) Sede nucleare e citoplsamtica; Tardiva EA(Early Antigens) LMP (Latent Membrane Protein) MA (Membrane Antigens) T Sede nucleare nei papovavirus nucleare e citoplsamtica negli Adeno e Poxvirus U nella membrana nucleare TSTA di vario tipo S sulla superficie cellulare

Risposte immunitarie contro i tumori

Il principale meccanismo di immunità è rappresentato dall’uccisione delle cellule neoplastiche da parte dei CD8+

Cellule NK Uccidono cellule con ridotta espressione di MHC I che possono sfuggire alla lisi di CTL

Macrofagi

Cross-priming The T helper (Th)-cell and phagocytic response to tumour cells. Antigen-presenting cells (APCs),such as macrophages and dendritic cells, engulf tumour cells and tumour cell products. Tumour cell antigens are processed and presented to Th cells via major histocompatibility complex (MHC) class II molecules, which interact with the T-cell receptor (TCR) on Th cells. Th cells respond by secreting cytokines, which in turn activate other immune cells such as natural killer (NK) cells and cytotoxic T lymphocytes (CTLs). Macrophages also secrete lytic molecules, such as nitric oxide (NO2.), superoxide anions (O2.) and hydrogen peroxide (H2O2), in addition to tumour necrosis factor α (TNF-α). Dendritic cells secrete interleukin12 (IL-12), tumour necrosis factor α (TNFα) and NO .

Evasione della risposta immunitaria

Una cellula tumorale che Espone nuovi antigeni Le varianti tumorali non Esprimono MHC I Varianti privi di MHC sono Transfettati con il gene MHC Crescita del tumore in topi normali e nudi Attività citolitica delle CTL e NK diretta contro le cellule tumorali I Tumori che perdono l’epressione di tutte le molecole di class I MHC come meccanismo di escape sono più suscettibili all’uccisione delle NK. La regression di tumori trapiantati è dovuta all’azione di (CTLs), which recognize novel peptides bound to MHC class I antigens on the surface of the cell (left panels). NK cells have inhibitory receptors that bind MHC class I molecules, so variants of the tumor that have low levels of MHC class I, although less sensitive to CD8 cytotoxic T cells, become susceptible to NK cells (center panels). Although nude mice lack T cells, they have higher than normal levels of NK cells, and so tumors that are sensitive to NK cells grow less well in nude mice than in normal mice. Transfection with MHC class I genes can restore both resistance to NK cells and susceptibility to CD8 cytotoxic T cells (right panels). However, tumors that lose only one MHC class I molecule can escape a specific cytotoxic CD8 T-cell response while remaining NK resistant. The bottom panels show scanning electron micrographs of NK cells attacking leukemia cells. Left panel: shortly after binding to the target cell, the NK cell has put out numerous microvillous extensions and established a broad zone of contact with the leukemia cell. The NK cell is the smaller cell on the left in both photographs. Right panel: 60 minutes after mixing, long micro-villous processes can be seen extending from the NK cell (bottom left) to the leukemia cell and there is extensive damage to the leukemia cell membrane; the plasma membrane of the leukemia cell has rolled up and fragmented under the NK cell attack

Fenomeno dell’ ”escape” Solo le cellule tumorali che sfuggono al controllo del sistema immunitario danno origine ad una neoplasia

Modulazione antigenica Meccanismi di evasione della risposta immunitaria utilizzati dai tumori Bassa immunogenicità Modulazione antigenica Immunosoppressione Indotta dal tumore Gli Ab contro gli Ag tumorali di membrana inducono endocitosi e degradazione dell’Ag. Si selezionano varianti che non hanno L’Ag Fattori (e.g. TGF-beta) secreti dalle cellule tumorali i nibiscono direttamente le cellule T Nessun ligando peptide:MHC Nessuna molecola di adesione costimolazione I tumori possono avere scarsa immunogenicità (sinistra). Alcuni tumori non hanno peptidi di proteine nuove che possono essere presentati dalle molecole MHC, e quindi il sistema immune le riconosce come normali. Altri hanno perso le molecole MHC, e molte non esprimono proteine co-stimulatrici, che sono necessarie per attiavre le cellule T naive T. 2)tumori possono esprimere inizialmente gli antigeni a cui il sistema immune risponde ma perde gli anticorpi per internalizzazione antibody-induced i or antigenic variation. When tumors are attacked by cells responding to a particular antigen, any tumor that does not express that antigen will have a selective advantage (center panel). Third, tumors often produce substances, such as TGF-β, that suppress immune responses directly (right panel).

Cause di "ESCAPE" Cause insite nell’organismo ospite: Tolleranza Immuno-inadeguatezza

TUMORI: MECCANISMI DI "ESCAPE" C. NEOPLASTICHE non esprimono Ag o sono forniti di debole antigenicità C. NEOPLASTICHE rilasciano sostanze che inibiscono le cellule del sistema immunitario (es. PGE, LT attivano l’adenilatociclasi con incremento di cAMP che blocca l’attività dei Linfociti e Macrofagi) C. NEOPLASTICA CON ANTIGENI NASCOSTI: Antigeni affondati nella membrana cellulare Antigeni intracitoplasmatici C. NEOPLASTICA CON ANTIGENI MASCHERATI Iperproduzione di Ab bloccanti gli Ag neoplastici, nascondendoli all’azione dei CTL BLOCCO DA IMMUNOCOMPLESSI Anticorpi legati a TAA circolanti formano I.C. che per meccanismo di Feedback negativo inducono una soppressione della risposta immune anti- tumore C. NEOPLASTICA rilasciano Ag solubili Veloce accrescimento

MECCANISMI DI "ESCAPE" Per fenomeni di progressione: sopravvento moltiplicativo di altri cloni cellulari forniti di Ag diversi Selezione di cloni cellulari con antigeni del MHC alterati nella loro struttura Gli Ag tumorali possono preferenzialmente stimolare la produzione di Linf T suppressor pittosto che di CTL Organismo opsite diventa tollerante

Approcci attuali di immunoterapia

Gli Ab monoclonali che riconoscono gli TAA potrebbero essere usati per eliminare il tumore: AB tumore specifico coniugato con un radioisotopo Anticorpo specifico per il tumore Anticorpo tumore specifico coniugato con una tossina Gli anticorpi legano la Cellula tumorale I coniugati Ab- tossina legano le cellule tumorali Gli anticorpi radioattivi legano la cellula tumorale NK attivate con recettori Fc(CD16) uccidono Le cellule tumorali Le radiazioni uccidono le Cellule tumorali I coniugati internalizzati Uccidono la cellula

Interazione del sistema immunitario con le cellule neoplastiche Citolisi complemento-mediata Citotossicità ADCC (Antibody Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity) Citotossicità mediata dalle NK e dai CTL Cellule LAK (Lymphokyne acivated Killer) e TIL (Tumor Infiltrating Lymphocytes) Macrofagi