Der Einsatz von monoklonalen Antikörpern (mAK) gegen Tumor-assoziierte Antigene oder Immun-Checkpoint-Moleküle bietet vielfältige Möglichkeiten bei der Immuntherapie von Krebs. Trotz der enormen Erfolge der letzten Jahre sind derzeitige Antikörpertherapien auf bestimmte Patientenpopulationen begrenzt, wodurch eine starke Nachfrage an optimierten Therapien besteht. Neben der reinen Blockade bestimmter Signalwege durch den Fab-Anteil des Antikörpers, konnte durch aktuelle Studien gezeigt werden, dass die Interaktionen des Antikörper-Fc-Anteils mit Immunzellen eine entscheidende Rolle bei der antitumor-Immunantwort einnimmt. Eine Möglichkeit diese Wechselwirkungen zu verstärken, bietet die Glyko-Optimierung des Antiköpers. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden die immunmodulatorischen Effektorfunktionen glyko-optimierter Antikörper gegen den epidermalen Wachstumsfaktor Rezeptor (EGFR) und den ko-stimulierenden Rezeptor CD40 untersucht, um den Einfluss der Fc-Glykosylierung zu beschreiben und Rationalen für kombinatorische Immuntherapien abzuleiten. Im Vergleich zu Cetuximab führte der glyko-optimierte anti-EGFR Antikörper Tomuzotuximab zu einer stärkeren Hochregulation von CD137 auf NK-Zellen und T-Zellen. Durch die agonistischer ko-Stimulation von CD137 konnten höhere Tumorlysen erreicht werden. Die Glyko-Optimierung führte außerdem zur Infiltration von Immunzellen in Tumorsphäroide und zu einer effektiveren Differenzierung von antigenpräsentierenden Zellen, wodurch die Aktivierung allogener T-Zellen gesteigert werden konnte. Die stärkere Immunaktivierung durch Tomuzotuximab führte allerdings auch zur Induktion des inhibitorischen Checkpoint-Moleküls PD-L1 auf Monozyten, DCs und Tumorzellen und zum Anstieg des entsprechenden Rezeptors, PD-1, auf T-Zellen. In Kombinationsexperimenten mit anti-PD-1/anti-PD-L1 Antikörpern wurde gezeigt, dass diese die antikörperabhängige, zellvermittelte Zytotoxizität und T-Zellantwort durch Cetuximab und Tomuzotuximab verstärken. In einem zweiten Projekt wurden Isotyp- und Glykosylierungsvarianten eines agonistischen anti-CD40 mAks verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass ein glyko-optimierter hIgG1 anti-CD40 mAk die Funktionen eines agonistischen Antikörpers mit den vorteilhaften Effekten der Fc-FcγRIIIa-Interaktion auf die Vernetzung des angeborenen und adaptiven Immunsystems optimal kombiniert. In Experimenten zur möglichen Reduktion von Immunzellen oder der Freisetzung von Zytokinen zeigten sich keine deutlich erhöhten Risiken durch den glyko-optimierten hIgG1 anti-CD40 Antikörper. Zusammenfassend wird in dieser Arbeit der Vorteil glyko-optimierter Antikörper gegenüber „normal“-glykosylierter Antikörper gegen zwei verschiedene Zielstrukturen bei der Aktivierung einer breiten antitumor Immunantwort aufgezeigt. Die stärkere Hochregulationen ko-stimulierender und inhibierender Checkpoint-Moleküle sowie erste Kombinationsexperimente bieten Ansatzpunkte für zukünftige Konzepte der Krebstherapie.
Monoclonal antibodies (mAbs) against tumor associated-antigens or immune checkpoint molecules offer diverse opportunities for cancer immunotherapy. Despite the recent clinical successes, currently approved antibody therapies are limited to a small patient population highlighting the medical need for optimized therapeutics and/or therapies. In addition to the blockade of defined signaling cascades, recent studies showed the importance of antibody mediated cross-linking via the antibody Fc part. A possibility to increase the affinity of this interaction is glyco-optimization of the Fc part. The aim of the presented studies was the analysis of immunomodulatory effector functions of glyco-optimized antibodies against the epidermal growth factor receptor (EGFR) and the co-stimulatory receptor CD40 to describe the influence of Fc glycosylation and to build up rationales for combinatory immunotherapies. Tomuzotuximab, a glyco-optimized anti-EGFR mAb resulted in enhanced upregulation of CD137 on NK cells and T cells compared to cetuximab. Hence, combination with agonistic co-stimulation of CD137 resulted in ameliorated tumor cell lysis. Glyco-optimization also improved immune cell infiltration into tumor spheroids, increased differentiation of antigen presenting cells and activation of allogeneic T cell responses. However, enhanced immune activation by tomuzotuximab also induced the inhibitory checkpoint molecule PD-L1 expression on monocytes, DCs and tumor cells as well as upregulation its receptor PD-1 on T cells. In combination with anti-PD-1/anti-PD-L1 antibodies, antibody-dependent cellular cytotoxicity and T cell stimulation mediated by cetuximab and tomuzotuximab was enhanced. Additional studies compared isotype and glycosylation variants of an agonistic anti-CD40 mAb. Functional tests showed best results for a glyco-optimized anti-CD40 hIgG1 mAb that combines improved agonistic activity and the advantageous Fc-FcγRIIIa mediated cross-linking of innate and adaptive immunity (ADCC, T cell activation, immune cell migration) without critical increased risk for side effects (cytokine release syndrome, immune cell ADCC). In summary, the presented studies show the improved immunomodulation by glyco-optimized antibodies compared to “normal” glycosylated antibodies against two different targets. The ameliorated upregulation of co-stimulatory und inhibitory checkpoint molecules as well as the results of preliminary experiments using antibody combinations represent valuable starting points for future therapy concepts.
