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Interaktiver Signalweg: Netzwerke der CAR-Signaltransduktion

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hervorgehobener Knoten

Beschreibung des Signalwegs:

Die Therapie mittels T-Zellen mit chimären Antigenrezeptoren (CAR-T) ist eine vielversprechende neue Immuntherapie, die genetisch modifizierte Zellen zur Behandlung von Krebs einsetzt. Indem ex vivo ein chimärer Antigenrezeptor (CAR) eingefügt und exprimiert wird, werden die patienteneigenen T-Zellen so umgebaut, dass sie sich gegen ein spezifisches Oberflächenantigen wenden, das auf Krebszellen wie ein molekulares Ortungsgerät dient. Nach der Rück-Infusion der CAR-T-Zellen fungieren sie wie ein „lebender Wirkstoff“: Sie identifizieren die Zellen, die diesen Marker exprimieren, und töten diese ab, indem sie sich die zytotoxischen Fähigkeiten von T-Zellen zunutze machen. In der aktuellen Entwicklung von CARs ist ein Hauptforschungsziel das lückenlose Verstehen davon, wie sie nachgeschaltete Signalwege aktivieren. Das Ziel ist, die klinische Wirksamkeit zu maximieren und gleichzeitig die Toxizität zu verringern.

CARs sind synthetische Proteine mit einem modularen Aufbau, der darauf eingerichtet ist, um die endogenen Signalkaskaden von Zellen, die Effektor-T-Zell-Funktionen auslösen, anzuschalten – einschließlich verstärkter Proliferation, Freisetzung von Zytokinen und Zytotoxizität. CARs binden das Zielantigen von Interesse über eine extrazelluläre Antigen-Erkennungsdomäne (ARD, antigen recognition domain). Diese besteht aus einem einzelsträngigen variablen Fragment (scFv, single-chain variable fragment), das die variablen leichten und die variablen schweren Abschnitte eines monoklonalen Antikörpers verbindet. Das scFv ist durch eine Abstand verleihende Spacer-Domäne mit dem Transmembran-Abschnitt des Rezeptors verbunden. Die Länge der Spacer-Domäne übt einen direkten Einfluss auf die Bindeaffinität der ARD aus. Eine üblicherweise aus CD8 oder CD28 gewonnene Transmembrandomäne verankert den CAR in der Zellmembran und verbindet den ARD mit den intrazellulären Signalabschnitten des Rezeptors. Die optimale Zusammensetzung des intrazellulären Abschnitts der CARs wird derzeit aktiv erforscht, da Variationen in der Anzahl und der Länge dieser Domänen die Wirkung von CAR-T gegen Tumoren drastisch verändern kann. Die aktuelle Generation von Rezeptoren besteht aus einer Aktivierungsdomäne und einer oder mehreren kostimulatorischen Domänen. Diese dienen dazu, eine Ligandenbindung über die Aktivierung einer Reihe von nachgeschalteten Signalnetzwerken zu kommunizieren, um eine Veränderung der transkriptionellen Programme der T-Zellen zu bewirken. Die aus der CD3ζ-Kette des T-Zell-Rezeptors gewonnene Aktivierungsdomäne ist ein gängiges Element des intrazellulären Abschnitts von CARs. Sie besitzt die Fähigkeit, Signale auszulösen, um zytotoxische Funktionen von T-Zellen anzuregen. Es wird vermutet, dass das Hinzufügen kostimulatorischer Domänen – entweder aus der CD28-Rezeptorfamilie oder der Tumornekrosefaktor-Rezeptorfamilie (4-1BB, OX40 oder CD27) – die Wirksamkeit von CAR-Ts erhöht, indem die Freisetzung von Zytokinen sowie die Proliferation und die Langlebigkeit von CAR-T-Zellen erhöht wird.

Durch das Einbinden verschiedener funktionaler Domänen in den intrazellulären Abschnitt ist es dem CAR möglich, die integrierten Ereignisse der T-Zellrezeptor-Signaltransduktion in einer einzigen Rezeptorkette zusammenzufassen. Eine wichtige posttranslationale Modifikation, die infolge einer Ligandenbindung erzeugt wird, ist die Phosphorylierung von CD3ζ. Durch diese wird die Zeta-Ketten-assoziierte Proteinkinase 70 (Zap-70) rekrutiert, um die Assemblierung von nachgeschalteten Adapter- und Gerüstproteinen zu fördern. Parallel lösen kostimulatorische Module die Signaltransduktion über die PI3K/AKT-, TNF-Rezeptor-assoziierter Faktor 2 (TRAF2)/p38MAPK- und JNK-Signalwege aus. Alle diese Signalwege laufen bei entscheidenden Transkriptionsmodulatoren zusammen – darunter NF-κB, NFAT, STAT3, JUN und FOS – , um Veränderungen in der Genexpression zu bewirken, die mit der T-Zell-Aktivierung und -Effektorfunktion zusammenhängen.

Während frühere Theorien davon ausgingen, dass unterschiedliche kostimulatorische Domänen Signale durch voneinander abweichende Mechanismen übermitteln, legt eine kürzlich durchgeführte phosphoproteomische Analyse der CAR-Signaltransduktion die Vermutung nahe, dass sie stattdessen die Kinetik der Signalaktivierung und die Signalintensität bei einigen derselben Signalmolekülen verändern (Salter et al., 2018). Die in dieser Studie beobachteten Effekte könnten jedoch kontextabhängig sein. Denn eine unabhängige Untersuchung des CAR-Interaktoms und -Signalosoms identifizierte beim Vergleich von CARs mit unterschiedlichen intrazellulären Abschnitten signifikante Unterschiede in der Assoziation mit Signalmolekülen und der Aktivierung von Signalwegen (Ramello et al., 2019). Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, den Zusammenhang zwischen dem Aufbau von CARs und den intrazellulären Signaltransduktionsereignissen, die sie kontrollieren, lückenlos zu ermitteln – mit dem Ziel, die Wirksamkeit der CAR-T-Zell-Therapie zu optimieren.

Ausgewählte Übersichtsarbeiten:

Erstellt im November 2019.

  • KinaseKinase
  • PhosphatasePhosphatase
  • TranskriptionsfaktorTranskriptionsfaktor
  • CaspaseCaspase
  • RezeptorRezeptor
  • EnzymEnzym
  • pro-apoptotischpro-apoptotisch
  • pro-Überlebenpro-Überleben
  • GAP/GEFGAP/GEF
  • GTPaseGTPase
  • G-ProteinG-Protein
  • AcetylaseAcetylase
  • DeacetylaseDeacetylase
  • Ribosomale UntereinheitRibosomale Untereinheit
  • Direkt stimulierende ModifikationDirekt stimulierende Modifikation
  • Direkt hemmende ModifikationDirekt hemmende Modifikation
  • Mehrstufig stimulierende ModifikationMehrstufig stimulierende Modifikation
  • Mehrstufig hemmende ModifikationMehrstufig hemmende Modifikation
  • Vorläufig stimulierende ModifikationVorläufig stimulierende Modifikation
  • Vorläufig hemmende ModifikationVorläufig hemmende Modifikation
  • Auftrennen von Untereinheiten oder SpaltungsproduktenAuftrennen von Untereinheiten oder Spaltungsprodukten
  • Verbinden von UntereinheitenVerbinden von Untereinheiten
  • Translokation Translokation
  • Transkriptionell stimulierende ModifikationTranskriptionell stimulierende Modifikation
  • Transkriptionell hemmende ModifikationTranskriptionell hemmende Modifikation
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