Titelaufnahme

Eine der größten Herausforderungen hinsichtlich der Immuntherapie von Tumoren stellt die Durchbrechung der Toleranz gegenüber Selbst-Antigenen dar, die von Krebszellen häufig überexprimiert werden. In diesem Zusammenhang, entwickelte sich die Impfung mit Peptiden, die konformationelle Tumorepitope imitieren (Mimotope), zu einer vielversprechenden Vakzinierungsstrategie. Da Mimotope lediglich 3-dimensionale Strukturen (B-Zell Epitope) von Tumorantigenen imitieren und nicht unbedingt identisch mit diesen sein müssen, kann eine Impfung mit Mimotopen theoretisch Tumor-Toleranzmechanismen umgehen und infolgedessen eine starke Immunantwort gegen Tumorantigene induzieren. Mithilfe der Phagendisplay Technologie und aufgrund der Verfügbarkeit von tumorspezifischen monoklonalen Antikörpern (mAb) wurden eine Reihe von Mimotop basierenden Vakzinen entwickelt und in unterschiedlichen humanen Tumormodellen untersucht.

Der Fokus unserer Arbeitsgruppe lag in der Entwicklung einer Mimotop basierenden Vakzine gegen das HMW-MAA (High molecular weight-melanoma associated antigen) zumal dieses Antigen von einem Großteil der Melanome exprimiert wird und HMW-MAA spezifische Antikörper einen therapeutischen Nutzen in vivo zeigten. In einer vorangehenden Studie von uns, konnten wir zeigen, dass die Impfung von Kaninchen mit einem HMW-MAA Mimotop, welches durch den mAb 225.28S definiert wurde, HMW-MAA spezifische Antikörper induziert, die das Melanomzellwachstum in einem humanen xenogenen SCID Maus Melanommodell inhibieren.

Da nun Studien zeigten, dass die Induktion von Antikörpern, die gegen multiple Tumorepitope gerichtet sind, mit einer eine erhöhten Hemmung des Tumorwachstums in vivo einhergeht, gingen wir davon aus, dass auch die Wirksamkeit unserer zuvor entwickelten Mimotop Vakzine durch Co-applikation zusätzlicher und unterschiedlicher HMW-MAA Mimotope gesteigert werden könnte.

Ziel dieser Dissertation, war daher die Definition zusätzlicher HMW-MAA Mimotope mit unterschiedlichen Epitop-Spezifitäten, als Komponenten einer Polymimotop Vakzine.

Randomisierte Phagenbanken wurden mit den HMW-MAA spezifischen mAbs VT80.12 und VF1-TP43 gescreent, wobei für jeden mAb, jeweils ein Peptidligand selektioniert werden konnte. Beide Peptidliganden inhibierten die Bindung ihres definierenden mAb an das HMW-MAA und betstätigten somit deren Definition als "Peptide mimics". Zudem induzierten beide HMW-MAA Mimotope, die zwecks Immunisierungsversuche an den immunogenen Träger KLH (keyhole limpet hemocyanin) gekoppelt wurden, eine peptidspezifische Immunantwort, sowohl in Kaninchen als auch in BALB/c Mäusen. Eine HMW-MAA spezifische Immunantwort konnte jedoch nur mit dem Mimotop induziert werden, das durch den mAb VT80.12 definiert wurde, und dies auch nur in BALB/c Mäusen. Das in vitro Wachstum von HMW-MAA exprimierenden Melanomzellen konnte durch diese induzierten Antikörper jedoch nicht gehemmt werden.

Zum einen diskutiert die vorliegende Arbeit Einschränkungen der Mimotoptechnologie als solches. Allen voran, soll diese Arbeit aber die Notwendigkeit die funktionellen Eigenschaften der Mimototop-selektionierenden mAbs sowie deren Zielantigene zu charakterisieren, hervorheben, damit in Zukunft wirksame Mimotop Vakzinen gegen Tumore entwickelt werden können.

One of the major challenges in cancer immunotherapy is to overcome immunotolerance to self-antigens which are frequently overexpressed by tumor cells. In this context, vaccination with peptide mimics (mimotopes) of conformational tumor epitopes evolved as an appealing strategy. As mimotopes only mimic three-dimensional structures (B cell epitopes) of tumor antigens without necessarily being identical to them, they might circumvent self-tolerance to tumor antigens and thus induce a potent immune response against cancer antigens. With both, the tool of phage display and the availability of tumor specific monoclonal antibodies (mAbs), a variety of mimotope based vaccines were developed and investigated in different human tumor models.

Our group has focused on the development of a mimotope vaccine against the High molecular weight-melanoma associated antigen (HMW-MAA), as this antigen is expressed by a large percentage of melanomas and HMW-MAA specific mAbs were reported to have anti-tumor activity in vivo.

In our previous work, we showed that vaccination of rabbits with a HMW-MAA mimotope defined by the mAb 225.28S elicited HMW-MAA specific antibodies (Abs) that inhibited tumor growth in a human xenogeneic SCID mouse model for melanoma. According to studies, showing that the induction of antibodies raised against multiple tumor epitopes, results in increased tumor growth inhibition in vivo, we suggested that the efficacy of our previously defined mimotope vaccine might be enhanced by adding additional and distinct HMW-MAA mimotopes as vaccine components.

Therefore, the aim of this thesis was to identify additional HMW-MAA mimotopes with different epitope specificities than our previously defined HMW-MAA mimotope as components of a polymimotope vaccine.

Random peptide phage libraries were screened with the anti-HMW-MAA mAbs VT80.12 and VF1-TP43 yielding one peptide ligand for each mAb. Both peptides inhibited the binding of their corresponding mAb to the HMW-MAA, thus proofing "epitope mimicry". When coupled to the carrier protein keyhole limpit hemocyanin (KLH), both HMW-MAA mimotopes elicited peptide specific Abs in rabbits or BALB/c mice, but only the mimotope isolated with the mAb VT80.12 elicited HMW-MAA specific Abs and these only in mice. However, despite being HMW-MAA specific, these Abs could not inhibit the proliferation of HMW-MAA expressing melanoma cells in vitro.

This work discusses limitations related to mimotope technology and emphasizes the importance of characterizing the functional properties of both, mimotope-selecting mAbs and their target antigens for the design of protective mimotope cancer vaccines.