Antileukemic immune responses in chronic myeloid leukemia

Tyrosine kinase inhibitors (TKIs), such as imatinib (Glivec®) and dasatinib (Sprycel®), have dramatically improved the outcome of chronic myeloid leukemia (CML) patients. Besides inhibiting the actual on-target BCR-ABL1 kinase in leukemic cells, TKIs also inhibit several off-target kinases, which may affect healthy cells. Dasatinib has a particularly wide kinase-inhibition profile and inhibits kinases important in immune effector cells, such as SRC-kinases. Opposite to immunosuppressive in vitro effects, dasatinib induces an oligoclonal expansion of large granular lymphocytes (LGLs) in the blood in vivo, which has been associated with improved therapy responses. The purpose of this PhD thesis was to uncover the cellular and molecular mechanisms of dasatinib-related LGL lymphocytosis. Unlike healthy controls, clonal lymphocytes were detected in the majority of CML patients at diagnosis. During dasatinib therapy these clones expanded, eventually leading to absolute lymphocytosis. Hypothetically, the lymphocyte clones detected at diagnosis are unresponsive (anergic) anti-leukemic clones, which recover, reactivate and expand during dasatinib therapy. In concord, the expanded CD8+ T cells and NK cells had a late differentiated phenotype of long-lived T-cells. The long-term dasatinib treatment also differentiated CD4+ T cells into cytotoxic LGLs. These unique CD4-LGLs secreted increased amounts of IFN-gamma indicating a sensitized role in eliminating leukemic cells. Dasatinib therapy also enhanced the cytotoxicity of NK cells. Immunomodulatory effects of IFN-α treatment in CML patients were also studied. Previous work have shown that a small proportion of IFN-α treated patients can permanently discontinue therapy without relapse. This curative property of IFN-α could be caused by an immune mediated mechanism and as a proof of this, we noticed that patients who had responded very well to treatment, had an increased number of CD8+ T cells and unique clonal γ/δ T cells. Intriguingly, patients who were able to stop the treatment also had significantly higher numbers of NK cells. Taken together, the results in this PhD project provide a proof of a unique, previously unrecognized dual mode of action of TKI-treatment: direct cytotoxic effects are accompanied with the activation of immune system which is potentially relevant for the long-term control of CML. These findings can be utilized in developing novel immunotargeting therapies of leukemia and other cancers.Kroonisen myelooisen leukemian (KML) ennuste on parantunut merkittävästi uusien kohdennettujen lääkkeiden myötä. KML-potilaita hoidetaan nykyään tyrosiinikinaasiestäjillä (TKE), jotka estävät pahanlaatuisissa verisoluissa olevan poikkeavan tyrosiinikinaasiproteiinin toimintaa. Ensimmäinen potilailla käytetty TKE-lääke oli imatinibi (Glivec). Kaikki potilaat eivät kuitenkaan saa sille hyvää hoitovastetta ja sen takia on kehitetty tehokkaampia toisen sukupolven TKE-lääkkeitä. Yksi tällaisista lääkkeistä on dasatinibi (Sprycel), joka estää huomattavasti useamman proteiinin toimintaa ja näin ollen se voi vaikuttaa myös terveiden solujen toimintaan. Laajakirjoisuus on toisaalta etu leukemian hoidossa, mutta seurauksena voi myös olla enemmän sivuvaikutuksia. Dasatinibihoidon tiedetään aikaansaavan LGL (suuri granulaarinen lymfosyytti, large granular lymphocyte) -solujen lukumäärän huomattavaa suurentumista veressä eli ns. LGL-lymfosytoosia. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että LGL-lymfosytoosi liittyy parantuneisiin hoitovasteisiin KML-potilailla. Väitöskirjani tavoite olikin tutkia tarkemmin LGL-lymfosytoosia ja selvittää mikä sen aiheuttaa ja miten LGL-solut reagoivat leukemiasoluihin. Väitöskirjatutkimuksessani havaitsimme, että terveistä henkilöistä poiketen KML-potilailla on jo diagnoosihetkellä klonaalisia lymfosyyttejä ja näiden solujen määrä lisääntyy huomattavasti dasatinibihoidon aikana johtaen LGL-lymfosytoosiin. Nämä tulokset tukevat ajatusta, että KML-potilailla on jo diagnoosivaiheessa mahdollisia syöpää vastaan taistelevia lymfosyyttejä, jotka eivät kuitenkaan toimi riittävän tehokkaasti. Dasatinibihoidon aikana nämä solut pystyivät aktivoitumaan ja ne olivat toiminnallisesti tehokkaampia. Ne tappoivat leukeemisia soluja selvästi paremmin kuin muita TKE-lääkkeitä saavien potilaiden solut. Tämä voi selittää LGL-lymfosytoosiin liittyvän hyvän hoitovasteen. Väitöskirjani tuloksilla on merkitystä uusien leukemiahoitojen vaikutusten ymmärtämisessä. Tulokset viittaavat siihen, että uudet kohdennetut lääkkeet voivat toimia useamman eri mekanismin kautta. Sen lisäksi että lääkkeet, kuten dasatinibi, pystyvät suoraan aiheuttamaan leukemiasolujen kuoleman estämällä syöpäsoluissa olevan poikkeavan proteiinin toimintaa, ne voivat myös aktivoida kehon oman immuunipuolustusjärjestelmää tappamaan pahanlaatuisia soluja. Tätä ominaisuutta voidaan tulevaisuudessa hyödyntää muidenkin syöpien hoidossa