IPSC由来NK細胞の抗腫瘍免疫療法を強化するための免疫応答を改装するためにCD16融合受容体を活用する

背景：NK細胞の細胞毒性は、抗体依存性細胞媒介細胞毒性（ADCC）を媒介するIgG Fc受容体CD16Aに大きく依存しています。高親和性および非凝集不可能なCD16（HNCD16）が開発され、多腫瘍殺害の可能性が示されています。ただし、HNCD16受容体は単一のCD16シグナルを活性化し、腫瘍抑制が限られています。HNCD16の特性を活用し、NK細胞特異的活性化ドメインを組み込む方法は、NK細胞の抗腫瘍活性をさらに改善するための有望な開発方向です。 方法：癌におけるNK細胞ベースの免疫療法に対するHNCD16を介したADCCの応用を拡張するために、細胞質のNK細胞特異的活性化ドメインと融合したHNCD16のエクトドメインとHNCD16融合受容体（FR）構築物を設計しました。FRコンストラクトは、CD16陰性NK細胞株とヒトIPSC由来NK（INK）細胞と有効なFRコンストラクトをスクリーニングしました。FR形質導入されたNK細胞における免疫活性化およびサイトカイン放出関連経路のアップレギュレーションをそれぞれRNAシーケンスとマルチプレックスサイトカイン放出アッセイによってスクリーニングし、検証しました。腫瘍を殺す効率は、腫瘍細胞株と異種移植マウスを含むヒトB細胞リンパ腫との共培養を介してin vitroおよびin vivoでテストされました。 結果：B細胞リンパ腫を殺すために最も効果的な組み合わせをスクリーニングしました。これは、細胞質ドメインでHNCD16A、NK特異的共刺激剤（2B4およびDAP10）およびCD3ζと融合しました。スクリーニングされた構造は、優れた細胞毒性効果と、NK細胞株とインク細胞の両方で放出される鋭い複数のサイトカインを示しました。HNCD16-およびHNCD16FR-TRANSDUCED NK細胞のトランスクリプトーム分析と検証アッセイは、NK細胞におけるHNCD16FR形質導入リモデリング免疫関連トランスクリプトームを示しました。HNCD16では、トランスデューションが強調表示されました。in vivo異種移植片研究により、抗CD20 MAB治療が強力な活性を媒介し、生存率が大幅に改善された、操作されたHNCD16FR IPSC由来のNK細胞の単一の低用量レジメンが抗CD20 MAB治療を媒介したことを実証しました。 結論：報告されたHNCD16よりも強力な細胞毒性を示す新しいHNCD16FR構造を開発しました。これは、ADCC特性の改善で悪性腫瘍を治療するための有望なアプローチです。また、NK細胞のCD16シグナル伝達を強化するために免疫応答を改造するNK活性化ドメインの理論的根拠も提供します。

BACKGROUND: The cytotoxicity of NK cells is largely dependent on IgG Fc receptor CD16a, which mediates antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC). The high-affinity and non-cleavable CD16 (hnCD16) is developed and demonstrated a multi-tumor killing potential. However, the hnCD16 receptor activates a single CD16 signal and provides limited tumor suppression. How to exploit the properties of hnCD16 and incorporate NK cell-specific activation domains is a promising development direction to further improve the anti-tumor activity of NK cells. METHODS: To expand the applications of hnCD16-mediated ADCC for NK cell-based immunotherapy in cancer, we designed the hnCD16 Fusion Receptor (FR) constructs with the ectodomain of hnCD16 fused with NK cell-specific activating domains in the cytoplasm. FR constructs were transduced into CD16-negative NK cell line and human iPSC-derived NK (iNK) cells and effective FR constructs were screened. The up-regulation of immune activation- and cytokine-releasing-related pathways in FR-transduced NK cells was screened and validated by RNA sequencing and multiplex cytokines release assay, respectively. The tumor-killing efficiency was tested in vitro and in vivo via co-culture with tumor cell lines and xenograft mice-bearing human B-cell lymphoma, respectively. RESULTS: We screened the most effective combination to kill B cell lymphoma, which was fused with the ectodomain of hnCD16a, NK-specific co-stimulators (2B4 and DAP10) and CD3ζ in cytoplasmic domains. The screened construct showed excellent cytotoxicity effects and sharp multiple cytokines releasing both in the NK cell line and iNK cells. The transcriptomic analysis and validation assays of hnCD16- and hnCD16FR-transduced NK cells showed that hnCD16FR transduction remodeled immune-related transcriptome in NK cells, where significant upregulation of genes related to cytotoxicity, high cytokines releasing, induced tumor cell apoptosis, and ADCC in comparison with hnCD16 transduction were highlighted. In vivo xenograft studies demonstrated that a single low-dose regimen of engineered hnCD16FR iPSC-derived NK cells co-administered with anti-CD20 mAb treatment mediated potent activity and significantly improved survival. CONCLUSION: We developed a novel hnCD16FR construct that exhibits more potent cytotoxicity than reported hnCD16, which is a promising approach to treat malignancies with improved ADCC properties. We also offer a rationale for NK activation domains that remodel immune response to enhance CD16 signaling in NK cells.