IgE-based immunotherapy of cancer : a comparative oncology approach

In der Krebsforschung versucht man seit Jahrzenten zielgerichtete Therapien zu entwickeln um spezifische Zytotoxizität gegen maligne entartete Zellen zu vermitteln und gesundes Gewebe so gut wie möglich zu schonen. Cetuximab und Trastuzumab sind zurzeit in der klinischen Onkologie zwei der am erfolgreichsten angewendeten Therapien dieser Art. Beide sind monoklonale Antikörper der IgG-Klasse, die gegen die jeweiligen Tumor-assoziierten Antigene EGFR und HER-2 gerichtet sind. Basierend auf Studien, die auf eine natürliche Tumor-Überwachungsfunktion einer anderen Immunglobulin-Klasse, nämlich IgE, hinweisen (wie in Kapitel 1 & 2 beschrieben), vermuten wir, dass spezifische, monoklonale IgE-Antikörper hocheffektive Krebstherapien sein könnten. Deshalb wird in Kapitel 3 die Generierung von EGFR-spezifischen, chimären (Mensch-Maus) IgE-Antikörpern beschrieben, mit einem besonderen Augenmerk auf den direkten Vergleich von Cetuximab-IgG und dem neu entwickelten Cetuximab-ähnlichen IgE in Hinblick auf die Auslösung von Zytotoxizität und Phagozytose von Krebszellen. Da die Darstellung der möglichen in vivo Effekte von IgE-basierten Krebstherapien aufgrund der unterschiedlichen IgE-Rezeptorbiologie in der Maus nicht möglich ist, verfolgte diese Dissertation einen Ansatz aus der "Vergleichenden Onkologie": hier versuchen wir spontan auftretende Krebserkrankungen in Hunden zu untersuchen und zu behandeln, um wichtige Erkenntnisse für die Humanmedizin und neue Therapieoptionen für die Veterinärmedizin zu erhalten. Im Gegensatz zu Mäusen weisen Hunde nämlich eine sehr hohe Ähnlichkeit zum Menschen in Hinblick auf die IgE-Rezeptorbiologie auf, was sich in ähnlichen IgE-vermittelten klinischen Erkrankungsbildern manifestiert, wie z.B. atopischer Dermatitis oder Nahrungsmittelallergien. Zusätzlich entwickeln Hunde auch Krebs und aufgrund des selben Umfelds als Haustiere, leiden Hunde auch an den selben Risikofaktoren wie Luftverschmutzung, Alter, Fettleibigkeit in jungen Jahren oder einer Ernährung reich an rotem Fleisch. Um zu untersuchen, ob auch die biologischen Eigenschaften von maligne entarteten Zellen ähnlich sind, wird im Kapitel 4 ein ausführlicher Vergleich von humanem EGFR und HER-2 sowie deren homologen Molekülen im Hund beschrieben, mit Schwerpunkt auf Struktur, Verteilung und Funktion. Des Weiteren wurde die Effektivität der zielgerichteten Therapien Cetuximab und Trastuzumab gegen diese Hunderezeptoren untersucht, die in einem vergleichbaren Ausmaß wie in humanen Krebszellen zur Hemmung von Zellwachstum von Hundekrebszellen führen. Aufgrund dieser vielversprechenden Ergebnisse, beschreibt schließlich Kapitel 5 die "Caninisierung" von Cetuximab und die Charakterisierung dieses neu-generierten Antikörpers, can225IgG, in Hinblick auf Spezifität, Funktionalität und tumorinhibierendem Potential. Can225IgG soll als Grundlage dienen, um passive Immuntherapien auch in die Veterinäronkologie einzuführen. Zusätzlich erweist sich dieser can225IgG Antikörper in Kombination mit einem can225IgE, der in einer Parallelstudie generiert wird, als hervorragendes Präparat für vergleichende vorklinische wie auch klinische Studien um das volle Potential von IgE-basierten Krebstherapien zu enthüllen.Cancer research has aimed for decades at developing targeted therapies for specifically mediating cytotoxicity to cancer cells while relatively sparing healthy tissue. Currently, two of the most successfully applied targeted therapies in clinical oncology are cetuximab and trastuzumab, monoclonal antibodies of the IgG class, with specificities towards the tumor-associated-antigens EGFR and HER-2, respectively. Based on findings pointing towards a natural tumor surveillance function of IgE (described in chapter 1 & 2 of this thesis), we propose monoclonal antibodies of the IgE-class as a new generation of potentially highly effective cancer immunotherapies. Chapter 3 describes the engineering of recombinant chimeric human-mouse IgE antibodies targeting EGFR. Cetuximab IgG and a newly generated cetuximab-like IgE are compared side-by-side with regard to mediation of cytotoxicity and phagocytosis of cancer cells in vitro. Demonstration of in vivo effects of anti-cancer IgE antibodies, however, is not suitable in mouse models, due to the distinct IgE-receptor biology. Hence, this thesis pursues a Comparative Oncology approach: it is aimed at studying and treating naturally occurring cancer in dogs in order to gain novel insights for human medicine but also to develop better therapies for veterinary oncology. In contrast to mice, dogs share most principles of the IgE-receptor biology with humans, highlighted by similar IgE-mediated clinical syndromes like atopic dermatitis or food allergies. Moreover, dogs also develop malignancies spontaneously and due to the same environment as pet animals, dogs share many risk factors, such as pollution, age, obesity in early life or a diet rich of red meat. In order to investigate, whether also biological features of cancer cells are similar, chapter 4 describes a comparison of the tumor-associated-antigens EGFR and HER-2 between humans and their homologues in dogs with respect to structure, expression and function. In addition, the potential effects of targeting of these antigens with cetuximab and trastuzumab in canine cancer cells are assessed, which lead to cell growth inhibition to a similar extent as observed in human cancer cells. Based on these promising results, "caninization" of cetuximab was endeavored in chapter 5. The newly generated antibody, can225IgG is characterized for specificity, functionality and tumoricidic potential as a basis for the introduction of passive immunotherapy in veterinary oncology. Moreover, can225IgG will serve as an optimal compound for side-by-side comparison with a can225IgE, which is generated in a parallel study. This strategy of Comparative Oncology will help to elucidate the full potential of IgE-based Immunotherapy of Cancer.submitted by Josef SingerAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Med. Univ., Diss., 2014OeBB(VLID)171539