Sophie Lucas | Institut de Duve

Overdreven afweerreacties kunnen gezonde weefsels beschadigen en auto-immuunziekten veroorzaken. T-suppressorcellen, ook T-remmercellen, regulatorische T-cellen of Tregs genoemd, zijn witte bloedcellen die ons tegen deze ziekten beschermen door ongepaste of overdreven immuunresponsen te inhiberen.
Deze Tregs kunnen ook nuttige immuunresponsen afremmen en een negatieve rol spelen, bijvoorbeeld als deze responsen tegen kankercellen gericht zijn.
Onze groep studeert de mechanismen waarbij de Tregs de immuunresponsen onderdrukken. Ons objectief op lange termijn is het ontwerpen van nieuwe therapeutische strategieën om de activiteit van Tregs bij patiënten die aan kanker of auto-immuunziekten lijden te beperken.

Wat zijn T-suppressorcellen of Tregs?

Het afweersysteem beschermt de organismen tegen infecties. Bij zoogdieren, en dus bij mensen, bestaat het immuunsysteem uit witte bloedcellen die in het lichaam rondgaan en die in organen en weefsels op zoek gaan naar sporen van een infectie. Afweercellen die in geïnfecteerde weefsels terechtkomen worden geactiveerd, en gaan de microben en de geïnfecteerde cellen doden, hetgeen uiteindelijk tot het herstel van de beschadigde weefsels leidt. Maar deze afweerreacties kunnen ook schadelijke gevolgen met zich meebrengen. Soms zijn ze overdreven, of kunnen ze ook tegen niet-geïnfecteerde cellen gericht zijn, hetgeen tot pathologische weefselschade kan leiden.

Er bestaan verschillende controlemechanismen om de beschadiging van gezond weefsel door het immuunsysteem te voorkomen. De Tregs spelen hierbij een belangrijke rol. Deze T-cellen zijn gespecialiseerd in de regulering van de immuunresponsen en het voorkomen van auto-immuunziekten. Ze doen dit door afweercellen te inhiberen.

Welke ziekten worden veroorzaakt of beïnvloed door een dysfunctie van de Tregs?

Patiënten met de zeldzame genetische ziekte “IPEX” hebben geen Tregs. Hun afweersysteem kan bijgevolg niet door Tregs afgeremd worden, is hyperactief en valt hun eigen weefsels aan. “IPEX” wordt gekenmerkt door een ernstig auto-immuun syndroom, dat verschillende organen teistert.

Veel meer frequent dan IPEX zijn auto-immuunziekten die één enkele of een beperkt aantal organen aantasten. Deze ziekten omvatten de ziekte van Crohn, colitis ulcerosa, diabetes mellitus of suikerziekte, multipele sclerose en nog vele anderen. Hoewel Tregs aanwezig zijn bij patiënten met deze ziekten, blijken hun immunosuppressieve functies verminderd te zijn, hetgeen bijdraagt aan de ontwikkeling van de pathologie.

Ook de afstoting van getransplanteerde organen, die veroorzaakt wordt door ongewenste en overdreven immuunreacties, heeft met een functietekort van Tregs te maken. Een bepaalde vorm van deze ziekte, graft-versus-hostreactie, wordt waargenomen bij patiënten die een beenmergtransplantatie hebben gekregen als behandeling voor leukemie of andere hematologische ziekten.

De ziekte wordt veroorzaakt door de afweercellen van de donor die organen van de ontvanger aanvallen. Experimenten tonen aan dat een meer intense activiteit van de Tregs deze reactie kunnen voorkomen of verminderen.

Een functietekort van Tregs kan dus sommige auto-immuunziekten of transplantaatafstotingen bevorderen. Omgekeerd kan een overmatige functie van Tregs ook schadelijk zijn, door bij te dragen tot de ontwikkeling van ziekten die door een efficiënte immuunrespons zouden kunnen gecontroleerd worden. Dit is ondermeer het geval voor kanker.

Ons afweersysteem is in staat tumorcellen te herkennen en dezen te vernietigen, alsof ze geïnfecteerde cellen zouden zijn. In vele gevallen blijken deze anti-tumor afweerreacties echter niet doeltreffend genoeg te zijn om de groei van de tumor te controleren. Eén van de mogelijke redenen voor dit gebrek ligt aan Tregs. Verschillende experimentele gegevens tonen aan dat Tregs anti-tumor immuunreacties kunnen onderdrukken, waardoor de tumoren onbeperkt kunnen blijven groeien. Sommige chronische infecties, zoals AIDS of hepatitis, zouden ook door een overdreven functie van Tregs bevorderd zijn.

Hoe onderdrukken Tregs de immuunresponsen?

Omdat een slechte functie van Tregs vele ziekten bevordert, is het belangrijk te begrijpen hoe deze cellen werken. De identificatie van de immunosuppressieve mechanismen van Tregs zou nieuwe therapeutische strategieën mogelijk maken, met als doel ofwel een verhoging of een verzwakking van hun functie, afhankelijk van de ziekte die men wil behandelen. Talrijke laboratoriumonderzoeken op muizen tonen aan dat deze mechanismen meervoudig zijn, maar precies welke mechanismen een belangrijke rol spelen bij de mens, vooral in de context van kanker, weten we niet. Onze groep bestudeert de immunosuppressieve mechanismen van Tregs bij kankerpatiënten.

De studie van menselijke Tregs wordt bemoeilijkt door de afwezigheid van een merker die een duidelijke onderscheiding met andere cellen van het immuunsysteem mogelijk maakt. We hebben dit probleem omzeild door het afleiden van klonen van menselijke Tregs. Deze Tregs klonen zijn vrij zuivere celpopulaties, die langdurig in vitro kunnen gekweekt worden. Deze klonen geven zeer stabiel materiaal voor gecontroleerde en reproduceerbare experimenten en voor het verkrijgen van robuuste resultaten. We gebruiken onze klonen om specifieke functionele kenmerken van Tregs te identificeren en om dezen te vergelijken met andere soorten lymfocyten.

We hebben ontdekt dat alleen Tregs, en geen andere lymfocyten, een cytokine, TGF-ß genaamd, produceren. Cytokines zijn eiwitten die door immuuncellen worden geproduceerd, en die vanop afstand andere cellen kunnen beïnvloeden. TGF-ß is een immunosuppressieve cytokine, en kan daarom een belangrijke bemiddelende factor van Tregs zijn. We hebben ook ontdekt dat Tregs een ander belangrijk eiwit, GARP, maken. GARP is verankerd aan het celoppervlak en wordt gebruikt om de productie van TGF-ß te reguleren.

Ons objectief is de rol van GARP en TGF-ß op de immunosuppressieve activiteit van menselijke Tregs te verduidelijken.

Legende
Tregs zijn zeer specifieke T lymfocyten. Ze beperken de immuunrespons om auto-immuunziekten te voorkomen. Bij kankerpatiënten bevorderen zij de progressie van tumoren door het onderdrukken van immuunresponsen tegen kankercellen. Tregs remmen dus anti-tumor T lymfocyten.
We bestuderen op welke manier menselijke Tregs anti-tumor immuunresponsen onderdrukken. Meer bepaald bestuderen we hoe GARP, een eiwit op het oppervlak van Tregs, de productie van TGF-ß, een cytokine met krachtige immunosuppressieve eigenschappen, controleert.

Regulatory T cells, or Tregs, are a subset of CD4⁺ lymphocytes specialized in the suppression of immune responses. They prevent the occurrence of auto-immune diseases, but in mice they were also shown to contribute to cancer progression by inhibiting anti-tumor immune responses. Tregs could play a negative role in cancer patients, but this has remained difficult to verify due to the lack of a Treg-specific marker in humans, as well as to an incomplete understanding of the mechanisms underlying their suppressive function.

We succeeded in deriving stable human Treg clones, representing long-term cultures of pure lymphocyte populations available for repeated analysis. A stable epigenetic mark unambiguously distinguished human Treg clones from non regulatory T cells: a conserved non-coding region in gene FOXP3, encoding a transcription factor indispensable for the development and function of Tregs, was found demethylated in Treg clones only.

Our objectives are twofold: develop tools to quantify Tregs in human tissues, and identify mechanisms important for their suppressive function, which could be specifically targeted to improve the efficiency of cancer vaccines.

Quantification of Tregs in human tissues

We set up a methylation-specific real-time PCR assay to quantify demethylated FOXP3 sequences, indicative of the presence of Tregs. We used this assay to measure Treg frequencies in the blood of patients who received tumor vaccines in combination with different potentially Treg depleting agents. None of the agents tested induced a significant decrease in Treg frequencies in a majority of patients. We attempted to use our assay to measure Treg frequencies directly inside tumor samples. But we observed that melanoma cells themselves could harbor demethylated FOXP3 sequences, probably as a consequence of aberrant methylation patterns that frequently occur in human tumors. This observation precludes the use of FOXP3 demethylation as a marker of Treg cells in tumors, unless tumor-infiltrating T cells are separated from tumor prior to analysis. More recently, we used our assay in collaboration with the group of Frédéric Baron (GIGA, University of Liège), to measure proportions of Tregs in clinical-grade preparations of human Tregs infused in NSG mice to prevent xenogeneic Graft versus Host Disease (GvHD).

Mechanisms of immune suppression by human Tregs

Functional analysis of our Treg clones revealed that a hallmark of stimulated human Tregs is to produce the active form of TGF-ß, a cytokine with well-known immunosuppressive actions. We are currently attempting to identify the mechanisms by which human Tregs can produce active TGF-ß.

Many cell types produce the latent, inactive form of TGF-ß. In latent TGF-ß, the mature TGF-ß protein (in green in Fig. 1) is bound to the Latency Associated Peptide, or LAP (in grey in Fig. 1), and is thereby prevented from binding to the TGF-ß receptor. We recently showed that latent TGF-ß binds to GARP, a transmembrane protein which is present on the surface of stimulated Tregs but not on other T cells. We hypothesize that membrane localization of latent TGF-ß through binding to GARP is required for activation of the cytokine by Tregs. We also observed that Tregs secrete a new form of soluble latent TGF-ß, in which it is disulfide-linked to GARP (Fig. 1). Secretion of soluble GARP/TGF-ß complexes, possibly through shedding form the cell surface, appears to be specific of the T cell lineage (12). We are currently trying to understand what function these new types of complexes could exert.