Presentazione di neoantigeni tumorali

Presentazione di neoantigeni tumorali

Classificazione degli antigeni tumorali

I più recenti progressi nel sequenziamento del genoma indicano che durante l'iniziazione e lo sviluppo, il cancro acquisisce decine di migliaia di diverse mutazioni somatiche delle cellule. La maggior parte di queste mutazioni non conferiscono vantaggi intrinseci alla crescita (mutazioni passeggere) e sono spesso il risultato dell'instabilità genomica del tumore.

Un piccolo sottoinsieme di mutazioni tumorali altera la normale regolazione cellulare e contribuisce a guidare la crescita del cancro e la resistenza alle terapie mirate (mutazioni driver). Finora sono stati identificati circa 140 geni che possono guidare la tumorigenesi. Tuttavia, sia le mutazioni driver che quelle passeggere possono alterare la sequenza codificante degli aminoacidi, definite collettivamente mutazioni sinonime, portando a proteine mutate non espresse nelle cellule normali. Queste sequenze proteiche aberranti vengono trasformate in brevi peptidi e si legano al complesso maggiore di istocompatibilità (MHC; noto anche come antigene leucocitario umano HLA nell'uomo), rendendole riconoscibili dalle cellule T come antigeni estranei [1].

A causa della loro espressione selettiva nei tumori, gli antigeni tumore-specifici (TSA) generati da mutazioni sinonime e altre alterazioni genetiche sono definiti neoantigeni. Nei sottogruppi di tumori umani a eziologia virale, come il carcinoma a cellule di Merkel (MCC) associato al poliomavirus a cellule di Merkel (MCPyV) e i tumori cervicali, orali e altri tumori sito-specifici associati al papillomavirus umano (HPV), le proteine codificate dall'open reading frame virale rappresentano un altro tipo di neoantigene. Oltre ai TSA, esistono due classi principali di antigeni tumorali. Gli antigeni associati al tumore (TAA) sono sovraespressi nelle cellule maligne, ma anche espressi a bassi livelli nelle cellule normali. Gli antigeni tumorali/testicolari (CTA) sono espressi da vari tipi di tumore e dai tessuti riproduttivi (ad esempio, testicoli, ovaie fetali e strati nutritivi), ma hanno un'espressione limitata in altri tessuti adulti normali e di solito sono assenti nelle cellule riproduttive normali perché questi tessuti non esprimono molecole di classe MHC. I neoantigeni possono verificarsi a livello genomico attraverso variazioni di singoli nucleotidi (SNV), inserzioni di basi e fusioni geniche, a livello trascrizionale attraverso lo splicing selettivo, la poliadenilazione (pA), l'editing dell'RNA e le cosiddette regioni non codificanti, e a livello proteico attraverso la traduzione interrotta e le modifiche post-traduzionali.

classificazione degli antigeni tumorali[1]

Classificazione di HLA

L'attivazione delle cellule T dipende dal riconoscimento simultaneo di frammenti peptidici estranei e di molecole MHC self, un fenomeno noto come restrizione MHC. Le cellule T CD8+ sono limitate da MHC-I, mentre le cellule T CD4+ sono limitate da MHC-II. Il complesso maggiore di istocompatibilità (MHC), chiamato antigene leucocitario umano (HLA) nell'uomo, è codificato sul cromosoma 6 del genoma umano. Si tratta di un complesso genico altamente polimorfico che codifica molecole di superficie cellulare specializzate nella presentazione e nel riconoscimento di peptidi self e non-self. L'HLA è suddiviso in tre classi in base alla funzione e alla struttura: HLA-I, HLA-II e HLA-III. Le molecole di classe HLA sono espresse sulla superficie delle cellule nucleate, escluse le cellule germinali e alcune cellule neuronali. A differenza delle molecole di classe HLA-I, le molecole di classe HLA-II si trovano tipicamente sulle cellule presentanti l'antigene (APC) professionali, come i linfociti B, i macrofagi, le cellule dendritiche, le cellule di Langerhans, l'epitelio timico e le cellule T attivate (piuttosto che a riposo). La struttura e la funzione delle molecole di classe HLA-III non sono ben comprese, ma è noto che partecipano al processo infiammatorio senza legarsi direttamente agli antigeni.

L'HLA è ulteriormente suddiviso in geni classici e non classici. I geni HLA-I classici comprendono HLA-A, HLA-B e HLA-C, mentre gli alleli non classici comprendono HLA-E, HLA-F e HLA-G. I geni HLA-II classici includono HLA-DR, HLA-DP e HLA-DQ, mentre gli alleli non classici includono HLA-DO e HLA-DM. Le cellule T CD8+ umane riconoscono i peptidi presentati da HLA-A e HLA-B classici e, in misura minore, da HLA-C. Le cellule T CD4+ umane riconoscono i peptidi presentati da HLA-DR, HLA-DQ e HLA-DP. L'HLA-I consiste in tre domini extracellulari (α1, α2 e α3) legati in modo non covalente a una molecola di β2-microglobulina. HLA-II è un eterodimero composto da una catena α e una β. I domini extracellulari di HLA formano una fessura di legame con l'antigene, costituita da due α-eliche che circondano foglietti antiparalleli ripiegati in β. Questo crea una piattaforma in grado di accogliere un breve segmento di amminoacidi (aa) chiamato peptide. Questi peptidi si legano al fondo del solco di legame attraverso interazioni con specifici aminoacidi (chiamati residui di ancoraggio). A causa della struttura chiusa della scanalatura di legame dell'HLA-I, esso lega tipicamente piccoli peptidi di 8-10 aminoacidi, mentre l'HLA-II può legare peptidi più lunghi che superano gli 11 aminoacidi.

▲Classificazione dei gliomi diffusi negli adulti[2]

Presentazione dei neoantigeni

La presentazione delle proteine MHC-I ha origine principalmente da peptidi all'interno della cellula. Durante l'omeostasi, le proteine cellulari vengono degradate dai proteasomi, generando piccoli peptidi. I proteasomi sono complessi multiproteici che degradano le proteine in piccoli frammenti peptidici. Durante l'infezione virale, l'azione degli interferoni induce la formazione di un complesso proteasomico alternativo, chiamato immunoproteasoma, che aumenta la generazione di peptidi rappresentati dall'MHC-I. Di conseguenza, quando si sintetizzano le proteine virali, queste vengono destinate alla degradazione da parte dell'immunoproteasoma, sia come proteine completamente ripiegate sia come prodotti ribosomiali difettosi. Ciò porta alla produzione di piccoli frammenti peptidici derivati dal virus infettante, che possono essere ulteriormente modificati dalle aminopeptidasi citoplasmatiche.

Questi frammenti peptidici vengono poi trasportati nel reticolo endoplasmatico (ER) da un meccanismo di trasporto proteico noto come proteina di trasporto legata all'elaborazione dell'antigene (TAP). Nell'ER, i peptidi subiscono un'ulteriore modifica da parte dell'aminopeptidasi 1 del reticolo endoplasmatico (ERAP1) se sono troppo lunghi per il legame con MHC-I dopo la traslocazione attraverso TAP. Nell'ER, le molecole di MHC-I vuote si associano ai complessi di caricamento dei peptidi (PLC), tra cui proteine chaperone come Tapasin e Calnexin. La PLC mantiene le MHC-I vuote in una conformazione ricettiva ai peptidi e, quando i peptidi vengono traslocati dalla TAP, questa conformazione facilita il legame con i peptidi. Anche TAP fa parte della PLC. Il legame con il peptide stabilizza la proteina MHC-I, liberandola dai partner del controllo di qualità del reticolo endoplasmatico, e la trasporta alla superficie cellulare attraverso l'apparato del Golgi.

Questo processo consente alle cellule T CD8+ di individuare i segni di infezione o di malignità all'interno del repertorio proteico cellulare. Tuttavia, in specifiche sottopopolazioni di cellule dendritiche, esiste una via alternativa, nota come cross-presentazione, che prevede l'assorbimento di antigeni extracellulari, il loro trasferimento retrogrado dai fagosomi al citoplasma e la successiva degradazione per il caricamento di MHC-I nei proteasomi e nell'ER.

vie di produzione e presentazione dei neoantigeni[3]

Gli esseri umani possiedono oltre 24.000 diversi alleli dell'antigene leucocitario umano di classe I (HLA-I, compresi HLA-A, -B e -C) e di classe II (HLA-DR, HLA-DQ e HLA-DP), che determinano un polimorfismo diversificato. La combinazione di questi alleli contribuisce alla diversità del polimorfismo. Gli alleli HLA del paziente determinano il repertorio di neoantigeni specifici del tumore, che viene presentato per il riconoscimento da parte delle cellule T. Inoltre, la perdita dell'HLA da parte del paziente determina la perdita dell'HLA. Inoltre, la perdita di eterozigosi HLA (HLA-LOH), che si verifica nel 40% dei tumori polmonari non a piccole cellule, compromette la presentazione del neoantigene, favorendo l'evasione immunitaria. Pertanto, una delle fasi iniziali cruciali nella previsione del neoantigene è l'identificazione del genotipo HLA del paziente. Per raggiungere questo obiettivo è possibile applicare diversi metodi computazionali ai dati di sequenziamento di nuova generazione (NGS).

Strategie terapeutiche basate sui neoantigeni

A causa dell'assenza di selezione timica e di tolleranza centrale, i neoantigeni specifici del tumore generati da alterazioni genetiche suscitano cellule T ad alta affinità. Sfruttando la specificità tumorale e l'immunogenicità, i neoantigeni fungono da bersagli emergenti per l'immunoterapia del cancro, tra cui vaccini tumorali, terapie cellulari adottive (ACT), trattamenti basati su anticorpi e potenziali predittori per gli inibitori del checkpoint immunitario (ICB) [3].

caratteristiche molecolari del glioma diffuso di alto grado nei bambini [3]

Il nuovo antigene è composto da nuovi antigeni personalizzati rivolti specificamente a ciascun paziente o da nuovi antigeni comuni espressi in molti pazienti oncologici. Le terapie basate su nuovi antigeni comuni sono più efficienti in termini di risorse e di tempo rispetto alle terapie con nuovi antigeni personalizzati. Poiché i nuovi antigeni personalizzati sono specifici per il paziente, non possono essere utilizzati per colpire un gran numero di pazienti. Con i più recenti progressi nel sequenziamento ad alto rendimento, i nuovi antigeni personalizzati consentono al sistema immunitario di colpire epitopi immunogenici sui tumori maligni senza antigeni comuni predefiniti.

Relazione tra TMB e TNB

Nella maggior parte dei pazienti affetti da melanoma, il TMB è superiore a 10, il che porta alla generazione di neoantigeni più efficaci. Sulla base di questi dati, si può prevedere che se il TMB è superiore a 10 nel tumore, verrà prodotto un numero considerevole di neoantigeni. Se il TMB è compreso tra 1 e 10, esiste ancora la possibilità di trasportare neoantigeni. In generale, se il TMB è inferiore a 1 nel tumore, spesso è difficile generare neoantigeni riconoscibili dalle cellule T. I tumori con TMB elevato (>10) indicano la presenza di un maggior numero di neoantigeni tumorali sulla superficie delle cellule tumorali, con conseguente uccisione più efficace da parte delle cellule immunitarie. Inoltre, i pazienti con TMB elevato possono presentare una migliore risposta al trattamento con inibitori del checkpoint immunitario.

il TMB tumorale e il potenziale di produzione di neoantigeni[4]

Le sfide dell'applicazione clinica

1. L'immunoterapia basata su nuovi antigeni mostra un'efficacia oggettiva solo in un piccolo sottoinsieme di risposte ben documentate da parte dei pazienti. Pertanto, sono necessari miglioramenti significativi per migliorare i risultati clinici, tra cui l'aumento dell'accuratezza nella previsione di nuovi antigeni, il superamento dell'evasione immunitaria e l'ottimizzazione della pipeline per il processo di produzione.

2. Accuratezza limitata nella previsione di nuovi antigeni: L'applicazione diffusa dell'immunoterapia personalizzata è limitata dalla scoperta limitata di nuovi antigeni specifici per il cancro, a causa dell'eterogeneità del carico di mutazioni e delle differenze significative nella presentazione di nuovi antigeni tra i diversi tipi di tumore. Solo il 10% delle mutazioni non sinonime delle cellule tumorali può generare peptidi mutati con un'elevata affinità con l'MHC e solo l'1% dei peptidi legati all'MHC viene riconosciuto dalle cellule T dei pazienti.

3. Perdita di nuovi antigeni: L'assenza di nuovi antigeni specifici per il tumore può essere una strategia di evasione immunitaria cruciale per i tumori. La perdita di nuovi antigeni può essere indotta attraverso varie vie, come la perdita del numero di copie, la soppressione trascrizionale, il silenziamento epigenetico e i meccanismi post-traslazionali.

4. Insufficiente produzione di nuove cellule T specifiche per l'antigene: Il prodotto di rilevamento genico Panorama 602 di Foshu Bioscience include il rilevamento della perdita di eterozigosi HLA-I per valutare i benefici dell'immunoterapia adiuvante. Include inoltre informazioni sulle terapie mirate, sulla chemioterapia, sul carico mutazionale del tumore (TMB), sul carico di neoantigeni del tumore (TNB), sui fattori immunitari positivi e negativi e su altre informazioni rilevanti sull'uso di farmaci, sulla sottotipizzazione, sulla prognosi, sulla genetica e così via, per fornire ai pazienti il massimo beneficio possibile.

Riferimenti

1. Nat Rev Cancer. 2017 Apr;17(4):209-222.

2.Viral Immunol. 2020 Apr;33(3):160-178.

3.Signal Transduct Target Ther. 2023 Jan 6;8(1):9.

4.Science. 2015 Apr 3;348(6230):69-74.

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