Ein schlagkräftiges Immunsystem ist die beste Waffe gegen Infektionskrankheiten: Es eliminiert in den Körper gelangte Bakterien und Viren und tötet bereits befallene Zellen, gesundes Gewebe aber bleibt unangetastet. So zielsicher sind die Attacken, weil das Immunsystem spezifisch auf fremde Antigene anspricht – Moleküle der Eindringlinge oder Bruchstücke davon.

Krankheitserreger und Giftstoffe in den Körperflüssigkeiten werden im allgemeinen von zirkulierenden Antikörpern inaktiviert; virusbefallene Zellen hingegen werden von speziellen Killerzellen, den cytotoxischen T-Lymphocyten, regelrecht leckgeschlagen. Diese Gruppe weißer Blutkörperchen, die wie andere T-Zellen im Thymus reift, ist auch für die Abstoßung transplantierter fremder Gewebe verantwortlich.

Daß ihre Schlagkraft sich vielleicht genauso auf andere für den Körper abnorme Zellen – also Krebszellen – erstrecken könnte, war eine naheliegende Annahme. Man versuchte daher schon lange, Tumor-Abstoßungsantigene zu finden: Strukturen auf Krebszellen, die von T-Lymphocyten erkannt werden können. Die Hoffnung war, daß Antigene, die ausschließlich – oder zumindest fast ausschließlich – auf bösartigen Zellen auftauchen, sich dazu verwenden ließen, die unzureichende Immunreaktion gegen sie bei Patienten zu verstärken oder überhaupt erst in Gang zu bringen.

Ihre Existenz auf menschlichen Tumoren definitiv nachzuweisen erwies sich indes als schwierig. Doch in den vergangenen Jahren gelang es meinen Kollegen und mir am Ludwig-Institut für Krebsforschung in Brüssel, eindeutige Belege zusammenzutragen, daß etliche, vielleicht sogar die meisten Tumoren wirklich solche Antigene ausbilden. Wir haben auch, was nicht minder wichtig ist, Methoden zur Isolierung der zugehörigen Gene entwickelt. Überdies haben wir und andere Wissenschaftler Anzeichen dafür gefunden, daß T-Zellen, die vorhandene Tumor-Abstoßungsantigene normalerweise ignorieren, sich doch zu einer Reaktion bewegen lassen. Das ermöglichte schließlich die Entwicklung therapeutischer Konzepte, um eine T-Zell-Antwort gegen ganz bestimmte Antigene eines Tumors zu erzielen.

Erwartung und Enttäuschung

Auf erste Anhaltspunkte, daß auf Geschwülsten manchmal Tumor-Abstoßungsantigene auftreten, waren verschiedene Forscher in den fünfziger Jahren gestoßen – noch ehe die Funktionen von Antikörpern und T-Zellen im einzelnen geklärt waren. Zu ihnen gehörten vor allem E.J. Foley von der Schering Corporation in Bloomfield (New Jersey), Richmond T. Prehn und Joan M. Main vom amerikanischen Nationalen Krebsinstitut in Bethesda (Maryland) und George Klein vom Karolinska-Institut in Stockholm. Sie hatten bei Mäusen durch hohe Dosen einer krebserregenden (karzinogenen) Substanz maligne, also bösartigeTumoren erzeugt und dann operativ entfernt. Erhielten die Tiere wieder Zellen desselben Tumors injiziert, entwickelten sich daraus keine Geschwülste. Bei Zellen anderer Tumoren hingegen geschah das. Dies deutete darauf hin, daß durch Karzinogene erzeugte Tumorzellen Antigene tragen, die eine Immunantwort hervorzurufen vermögen.

Rund zwei Jahrzehnte ließ die Hoffnung nicht nach, auch menschliche Krebszellen könnten solche Antigene tragen. Noch günstiger schienen die Aussichten auf eine darauf bauende Therapie, als sich gegen Ende dieser Spanne herausstellte, daß für das Beseitigen abnormer Zellen T-Lymphocyten besonders entscheidend sind. Damals hatten Jean-Charles Cerottini und K. Theodor Brunner vom Schweizerischen Institut für Experimentelle Krebsforschung in Lausanne nachgewiesen, daß Mäuse während der Abstoßung fremden Spendergewebes cytotoxische T-Lymphocyten produzieren, die sich gegen die Zel-len des Transplantats richten. Wie um diese Zeit ebenfalls klar wurde, machen solche T-Lymphocyten zweierlei, wenn sie über ihren speziellen Rezeptor an ein fremdes Antigen auf einer Zelle angedockt haben: Sie lysieren die Zelle und beginnen sich zu vermehren, um so die Immunantwort zu verstärken. Krebsforscher versprachen sich daraufhin erhebliche praktische Fortschritte, wenn sie sich darauf konzentrierten, Ziel-Antigene cytotoxischer T-Lymphocyten aufzuspüren und deren Aktivität zu steigern.

Mitte der siebziger Jahre schienen jedoch Ergebnisse von Harold B. Hewitt, der damals am Mount-Vernon-Hospital in London arbeitete, die Hoffnungen zunichte zu machen. Er hatte nach Indizien für Tumor-Abstoßungsantigene bei malignen Entartungen gesucht, die – anders als bei den früheren Studien – ohne besonderes Zutun, also nicht infolge hoher Dosen von Karzinogenen, aufgetreten waren. Seine sorgfältigen Prüfungen an vielen Typen von Krebs deuteten sehr stark darauf hin, daß spontan entstandene Tumoren von Säugern keinerlei immunologische Abstoßung provozieren. Somit – so seine Schlußfolgerung – hätten die früheren tierexperimentellen Beobachtungen nur geringe Relevanz für menschliche Tumoren; denn nur selten seien Menschen so hohen Dosen von Karzinogenen ausgesetzt, wie Wissenschaftler sie bei Labortieren benutzen.

Verständlicherweise wandten viele interessierte Forscher sich daraufhin anderen Fragen zu. Wir aber hatten zwischen 1972 und 1976 Anzeichen entdeckt, daß es auf verschiedenen Krebsgeschwülsten von Mäusen Tumor-Abstoßungsantigene gibt, die zwar von sich aus keine entsprechende Abwehrreaktion auslösen, aber zum Angriffsziel werden können, wenn man dem Immunsystem nur irgendwie ihre Existenz deutlicher bewußt macht. Daher gaben wir selbst nach Hewitts Veröffentlichung die Hoffnung nicht auf, daß Immuntherapien, die auf Tumor-Abstoßungsantigenen beruhen, beim Menschen möglich sein könnten.

Starke und schwache Antigene

Wie so oft in der Wissenschaft war die Entdeckung jener ersten Fingerzeige im Jahre 1972 ein glücklicher Zufall. Damals, noch am Pasteur-Institut in Paris, suchten meine Kollegin Odile Kellermann und ich etwas ganz anderes – nämlich Gene, die kontrollieren, wie sich die embryonalen Zellen von Säugern zu reifen spezialisierten Zellen differenzieren. Dazu setzten wir eine Kultur spezieller Mäuse-Tumorzellen einem starken Mutagen aus: einem Stoff, der zufällige bleibende genetische Veränderungen – eben Mutationen – erzeugt. Dann kamen die Zellen einzeln in getrennte Zuchtschalen, wo sie sich zu einer Population identischer Zellen – einem sogenannten Klon – vermehrten. Nach Übertragung in Mäuse untersuchten wir, welcher Zelltyp in den jeweils entstandenen Tumoren auftrat.

Zu unserer Enttäuschung erbrachten die Experimente kein besseres Verständnis der Differenzierungsmechanismen. Doch ein hochinteressantes Phänomen zeigte sich: Die ursprünglichen, unbehandelten Tumorzellen entwickelten sich nach Injektion in gesunde Tiere desselben Inzuchtstammes fast immer zu Krebsgeschwülsten weiter (Zellen eines anderen Mäuse-Stammes werden hingegen als fremd abgestoßen); bei mutagen-behandelten Klonen hingegen geschah das weit seltener. Obwohl ich von meiner Ausbildung her Genetiker bin und damals wenig über Krebs wußte, wollte ich unbedingt herausfinden, warum manche der behandelten Zellen keine Tumoren mehr auszubilden vermochten. Die entsprechenden Klone bezeichneten wir als tumornegative (tum–) Varianten.

Sie versagten deshalb, wie wir feststellten, weil das Immunsystem der Tiere sie ganz ähnlich wie ein nicht passendes Transplantat zerstörte. Das Mutagen hatte die Zellen veranlaßt, ein oder mehrere Antigene auszubilden, die eine starke T-Zell-Antwort auslösten. Diese tum–-Antigene waren auf den Tumorzellen der ursprünglichen Kultur nicht vorhanden und schienen für jede tum–-Variante verschieden zu sein.

Dieser Befund war an sich schon interessant. Was uns aber wirklich elektrisierte, war eine weitere Beobachtung, die ich mit Aline van Pel nach dem Wechsel an das Internationale Institut für Zelluläre und Molekulare Pathologie (ICP) in Brüssel machte: Genau wie die spontan entstandenen Tumoren, die Hewitt untersucht hatte, lösten auch die Zellen unseres ursprünglichen Tumors keinerlei Immunattacke aus; wenn wir diese Zellen aber Mäusen injizierten, die zuvor eine der tum–-Varianten abgestoßen hatten, entwickelte sich oftmals kein Krebs mehr. Dadurch, daß die Tiere eine Immunantwort gegen eine tum–-Variante hervorgebracht hatten, waren sie auch irgendwie resistent gegen die ursprünglichen Tumorzellen geworden – nicht jedoch, wie sich zeigte, gegen andere Typen von Krebs. Folglich war die Ab-stoßung durch ein Antigen verursacht, das die tum–-Variante mit den ursprünglichen Tumorzellen, nicht aber mit denen anderer Typen teilt.

Mehrere Folgestudien an vielen unterschiedlichen Mäusetumoren – sogar an denselben spontan entstandenen Arten, die Hewitt untersucht hatte – bestätigten unsere Befunde. Jetzt war klar: Die Schlußfolgerung, spontan entstandene Krebsformen prägten keine Tumor-Abstoßungsantigene aus, mußte revidiert werden.

Bisher hat freilich niemand vollständig erklären können, wie tum–-Varianten es fertigbringen, eine so starke Immunreaktion gegen die anfänglich uneffizienten – schwachen – Antigene der Ursprungszellen hervorzurufen. Wir vermuten, daß dabei Interleukine eine Rolle spielen; ein Lymphocyt schüttet sie aus, wenn er an ein Antigen angedockt hat. Diese kleinen Proteine regen seine Vermehrung wie auch die von umliegenden Lymphocyten an, die sich an ein anderes Antigen derselben oder einer benachbarten Tumorzelle gebunden haben. Wahrscheinlich sind die tum–-Antigene selbst stark genug, T-Lymphocyten sowohl zur Lyse der sie tragenden Zellen als auch zu einer heftigen Vermehrung zu veranlassen – auch wenn im Umfeld noch keine Interleukine vorhanden sind. Diese Lymphocyten geben dann Interleukine ab, die dazu beitragen, daß andere T-Zellen an schwachen Tumor-Abstoßungsantigenen aktiviert werden.

In dieses Bild fügt sich ein weiterer Umstand: Verschiedene Forschergruppen haben in den letzten Jahren Tumorzellen so genmanipuliert, daß sie Interleukine ausscheiden; in vielen Fällen ist danach die Immunantwort gegen sie erheblich stärker ausgefallen.

Der Griff nach den Genen

Wie unsere in den frühen achtziger Jahren gesammelten Indizien nahelegten, trugen also Mäusetumoren, gegen die sich das Immunsystem sonst blind verhält, dennoch häufig schwache Antigene, die mit geeigneter Nachhilfe Ziel eines wirksamen Verteidigungsangriffs werden können. Da Mäuse und Menschen sich sehr stark in ihrem Immunsystem gleichen, war etwas Ähnliches auch bei menschlichen Tumoren zu erwarten nicht abwegig. Eine spezifische Immuntherapie schien somit kein unerreichbares Ziel mehr. An diesem Punkt, 1983, entschieden wir, die gesamte Kraft der Arbeitsgruppe – inzwischen am Ludwig-Institut in Brüssel – auf das Studium von Tumor-Abstoßungsantigenen zu konzentrieren.

Doch ehe an eine Therapie zu denken war, mußten wir erst einmal solche Antigene identifizieren. Alle früheren Versuche, derartige Proteine direkt aus Zellmembranen der Tumorzellen von Mäusen und Menschen zu isolieren, waren fehlgeschlagen. Deshalb wollten wir es mit einem anderen Ansatz versuchen – über die Klonierung zugehöriger Gene. Leider gab es noch keine gute Methode für die von uns gewünschten Gene, und so mußten wir selbst eine entwickeln. Das allein verschlang vier Jahre.

Als erstes klonierten wir das Gen für das tum–-Antigen einer Zellvariante, die sich aus einem Mäuse-Tumor ableitete. Selbstverständlich sind tum–-Antigene keine echten Tumor-Abstoßungsantigene, weil sie nur nach Mutagen-Behandlung auf kultivierten Tumorzellen auftreten und nicht auf Tumoren im Körper vorkommen. Aber für einen Probelauf waren sie günstig, wie wir gleich sehen werden.

Wir hatten die gewählte tum–-Variante aus einer Zell-Linie erzeugt, die sich von einem Mastzelltumor mit dem Kürzel P815 ableitete (Mastzellen gehören zu den Immunzellen und sind an allergischen Reaktionen beteiligt). Die ursprüngliche P815-Linie schien für unsere Zwecke deshalb gut geeignet, weil sich ihre Zellen in Kultur rasch und unbegrenzt vermehren. Außerdem riefen tum–-Varianten der P815-Zellen eine starke, gut meßbare Reaktion cytotoxischer T-Lymphocyten hervor (Bild 1).

Voraussetzung für unseren Plan der Genklonierung war vor allem ein ständiger Vorrat an cytotoxischen T-Zellen, die gezielt auf das tum–-Antigen der gewählten Variante ansprachen. Sie sollten uns später zu dessen Gen führen.

Zur Gewinnung solcher T-Zellen injizierten wir Mäusen die P815-tum–-Variante. Aus der Milz von Tieren, die sie abzuwehren vermochten, gewannen wir das darin gespeicherte Sammelsurium verschiedener Lymphocyten. Zur Selektion konnten wir auf bekannte Verfahren zurückgreifen. In Kultur mit abgetöteten tum–-Zellen vermehren sich dann nämlich vorzugsweise all jene Lymphocyten, die irgendein Antigen darauf erkennen; die anderen verschwinden auf Dauer. Am Ende hatten wir eine Mischung cytotoxischer T-Zellen, von denen einige auf das tum–-Antigen ansprachen, andere dagegen auf Abstoßungsantigene, die auf allen P815-Zellen vorhanden waren. Durch Vereinzeln und getrenntes Weiterzüchten erhielten wir mehrere Klone, die nur die tum–-Variante zerstörten und sich unbegrenzt weitervermehren ließen. Einen davon wählten wir sozusagen als Detektor für die Suche nach dem bewußten Gen aus.

Im Prinzip mutete das Weitere ganz einfach an. Die Erbsubstanz der Variante sollte in kleine Teile zerlegt, mit bakteriellen DNA-Sequenzen quasi etikettiert und schließlich in Säugerzellen eingebaut werden, die normalerweise kein tum–-Antigen tragen. Eine Zelle, die es nun auszuprägen vermochte, würde die Vermehrung unseres darauf ansprechenden T-Zellklons anregen. Dann brauchten wir nur noch nach dem bakteriellen Marker in ihrer Erbsubstanz zu suchen, um das daran angekoppelte Gen für das tum–-Antigen zu lokalisieren und herauszufischen.

Die Ausführung erwies sich allerdings als mühsam (siehe Kasten auf Seite 61). Säugerzellen enthalten schätzungsweise 100000 verschiedene Gene, die sich auf die ungefähr drei Milliarden Nucleotide (DNA-Bausteine) eines einfachen Chromosomensatzes verteilen. Und die Methoden zum Einbau von Fremd-DNA in Empfängerzellen waren nicht gerade effizient.

Als erstes mußten wir eine Genbibliothek der tum–-Variante erstellen. Dazu wurden aus ihrem Erbgut gewonnene DNA-Bruchstücke in 300000 spezielle Plasmide eingebaut: kleine Ringe bakterieller Zusatz-DNA, die zu fassungsfähigen Gen-Fähren umgestaltet waren und sich über Wirtsbakterien millionenfach vermehren lassen. Ein solches Plasmid enthielt jeweils ein Fragment von durchschnittlich 40000 Nucleotiden Länge – im Mittel also ein bis zwei Gene.

Glücklicherweise erwiesen sich die Zellen der ursprünglichen P815-Linie als fähig, solche Fremd-DNA ihren Chromosomen einzuverleiben. Um sicher zu gehen, daß sich zumindest eine Kopie eines jeden Gens integrierte, mußten wir die wiedergewonnenen vermehrten Plasmide mit mehr als 300 Millionen P815-Zellen mischen; denn wie wir inzwischen wußten, würde nur etwa eine von 10000 auch wirklich DNA aufnehmen, aber dann eine recht große Menge – im Schnitt etwa 500000 Nucleotide.

Da wir dem Plasmid vorab ein Gen eingebaut hatten, das Resistenz gegenüber einer bestimmten giftigen Substanz verlieh, starben in ihrer Gegenwart alle Zellen ab, die kein solches Gen in ihr Erbgut aufgenommen hatten. Gleichwohl blieben uns noch 30000 der ursprünglich 300 Millionen P815-Zellen zu kultivieren und darauf zu testen, ob sie unseren T-Zellklon zur Teilung anregen konnten.

Nach gruppenweiser Durchmusterung hatten wir die wenigen eingekreist. Aus einer dieser Kulturen wurde dann anhand des bakteriellen Etiketts die einverleibte DNA herausgepickt. Indem wir mit ihr die Prozedur in ähnlicher Weise wiederholten, konnten wir schließlich wenig später das Gen für das tum–-Antigen isolieren.

Eine winzige Mutation

Die Abfolge seiner Bausteine, in der die genetische Information verschlüsselt ist, war rasch entziffert. Sie ähnelte keinem der bis dahin bekannten Gene.

Das gleiche Gen war außer in der tum–-Variante auch in den ursprünglichen P815-Tumorzellen und im normalen Gewebe von Mäusen aktiv. Folglich mußte es für eine Standard-Proteinkomponente der Zellen codieren. Bei der tum–-Variante war es allerdings an einer Stelle so mutiert, daß an entsprechender Stelle im Protein eine andere Aminosäure erschien. Das gleiche war bei zwei an-deren, später von uns klonierten tum–-Genen der Fall. Wie konnte aber der Austausch einer einzigen Aminosäure einen Bestandteil normaler Zellen in ein starkes von cytotoxischen T-Lymphocyten erkanntes Antigen verwandeln?

Auf den richtigen Weg führte uns eine gerade gemachte Entdeckung von Alain R.M. Townsend und seinen Kollegen vom John-Radcliffe-Hospital in Oxford. Sie hatten 1986 nachgewiesen, daß cytotoxische T-Lymphocyten häufig virale Proteine zu erkennen vermögen, die eigentlich im Zellinneren eingeschlossen sind (Antikörper hingegen können nur solche Stoffe ausmachen, die ihre Funktion auf der Zelloberfläche ausüben oder abgegeben werden). Das gelingt ihnen dank dem ausgefeilten Überwachungssystem für Proteine, über das der Säugerorganismus verfügt (Bild 2). Routinemäßig zerhacken Enzyme im Zellplasma einen Teil aller produzierten Eiweißstoffe in kleine Bruchstücke. Diese Peptide können in einer speziellen Abteilung der Zelle, dem endoplasmatischen Reticulum, von besonderen Proteinen gebunden werden: den MHC-Molekülen der Klasse I (nach englisch major histocompatibility complex, Haupt-Gewebeverträglichkeitskomplex); beim Menschen werden sie auch HLA-Moleküle (für Human-Leukocyten-Antigen) genannt. Nach Verankerung in der Zellmembran präsentiert ein solches Molekül das Peptid den cytotoxischen T-Lymphocyten quasi zur Überprüfung. Solange die Bruchstücke von normalen Proteinen herrühren, bleibt die zugehörige Zelle ungeschoren. Denn schon in einer frühen Entwicklungsphase des Organismus werden alle T-Lymphocyten eliminiert, die körpereigene Bestandteile – das Selbst also – erkennen. Stammt jedoch das Peptid von einem fremden Protein, etwa dem eines Virus im Zellinneren, dann wird ein T-Lymphocyt es erkennen und die Zelle abzutöten suchen.

Darauf aufbauend vermuteten wir nun, daß aus den Punktmutationen in den drei tum–-Genen veränderte Peptide resultierten, die von Lymphocyten erkannt werden. Um diese Idee zu überprüfen, griffen wir eine entscheidende Beobachtung von Townsend und seinen Kollegen auf: Gesunde Zellen werden augenblicklich von antiviralen cytotoxischen T-Lymphocyten als befallen angesehen, wenn man ihrem Kulturmedium ein nachgebautes winziges Teilstück eines viralen Proteins zufügt – vermutlich, weil ein paar MHC-Moleküle auf ihrer Oberfläche diese Peptide ergreifen und sie den T-Zellen präsentieren. Wir mischten also unsere P815-Zellen mit kleinen Peptiden von neun bis zehn Aminosäuren Länge, die den mutierten Regionen der drei isolierten tum–-Gene entsprachen. Sie wurden daraufhin von Lymphocyten zerstört, die sonst keine P815-Zellen, sondern nur die tum–-Varianten angriffen. Nichts dergleichen jedoch geschah, wenn es sich um Peptide handelte, die den normalen Sequenzen der Gene entsprachen.

Wie wir später zeigen konnten, hatten die Punktmutationen in zwei der tum–-Gene die betroffenen Peptide überhaupt erst befähigt, sich an MHC-Moleküle zu heften. Die normalen Versionen dieser Peptide sind dazu außerstande und werden darum auch nie dem Immunsystem präsentiert (Bild 3 oben).

Anders beim dritten mutierten Gen: Hier heftet sich schon die normale Version des Peptids an MHC-Moleküle. Als Bestandteil des Selbst aber wird sie to-leriert. Die Mutation jedoch veränderte den Teil des Peptids, der aus der Mulde des MHC-Präsentiertellers ragt, so daß eine im Körper vorhandene T-Zell-Population es zu erkennen vermag (Bild 3 Mitte).

Denkbar ist, daß durch eine Mutation in so gut wie jedem Gen ein neues Antigen auf der Zelle erscheinen kann, und dann wäre eine schier unerschöpfliche Vielfalt möglich. Die verschiedenartigen Antigene, die auf karzinogen-induzierten Nager-Tumoren erscheinen, entstehen vermutlich durch solch einen Mechanismus.

Zufällige Mutationen verwandeln zudem, wie man weiß, gelegentlich normale Gene in Krebsgene. Aus einigen dieser Veränderungen könnten durchaus als Antigen wirksame Peptide resultieren. Vielleicht gelingt es eines Tages, sie zur Zielscheibe spezifischer Immuntherapien zu machen.

Die Probe aufs Exempel

Nachdem unsere Klonierungstechnik ihre Bewährungsprobe bestanden hatte, wollten wir ein Gen eines echten Tumor-Abstoßungsantigens isolieren – eines, das auf einem spontan entstandenen tierischen Tumor wie P815 vorkommt. Glücklicherweise hatten wir bereits einen Klon cytotoxischer T-Lymphocyten, der im Reagenzglas unsere ursprünglichen P815-Tumorzellen lysierte, normale Mäusezellen aber verschonte.

Zweifellos war das Gen für das entsprechende Antigen, das wir P815A nannten, ein logischer Kandidat. Doch zuvor wollten wir sichergehen, daß dieses Antigen auch im Körper eine Immunantwort gegen einen Tumor hervorzurufen vermag. Dabei kam uns ein merkwürdiger Effekt der P815-Zellen zugute. Normalerweise entwickeln sich bei Mäusen, die solche Zellen injiziert bekommen, binnen eines Monats Tumoren; bei einigen wenigen Tieren geschieht dies jedoch erst nach langer Verzögerung, und dann widerstehen die bösartigen Wucherungen der Attacke cytotoxischer T-Lymphocyten, die sonst auf P815A reagieren.

Daraus schlossen wir (zu Recht, wie sich herausstellte), daß diese Tiere zunächst fast alle P815-Krebszellen abgewehrt hatten, weil T-Lymphocyten ihres Körpers das Antigen P815A erkennen konnten. Doch dann hatten ein paar Tumorzellen das P815A-Antigen, genauer dessen Gen, verloren. Diese sogenannten Antigen-Verlustvarianten vermehrten sich und waren für die spätere Tumorbildung verantwortlich. Diese Arbeit zeigte, daß ein Antigen, das von cytotoxischen T-Lymphocyten im Reagenzglas erkannt wird, auch im Organismus von Nutzen sein dürfte, um eine Tumorabstoßung in Gang zu setzen.

Solche Antigen-Verlustvarianten sollten – so unsere Überlegung – sich auch bequem einsetzen lassen, um das Gen für P815A zu klonieren. Wir transferierten ihnen die DNA-Fragmente, die wir aus dem Erbgut von P815-Zellen wieder als Genbibliothek gewonnen hatten, und fischten dann das Gen aus einem der wenigen Empfänger heraus, welche die Vermehrung unserer P815A-spezifischen T-Lymphocyten anregten.

Die Nucleotidsequenz des Gens, wir nannten es P1A, erwies sich als identisch mit der in normalen Mäusezellen – aber dort war es inaktiv. Die Ausprägung normalerweise stummer Gene ist somit ein weiterer Mechanismus der Antigenbildung (Bild 3 unten).

Davon waren nun Antigene zu erwarten, die verbreitet auf Tumoren vieler verschiedener Individuen vorkommen. Schließlich dürfte es nur einen relativ begrenzten Satz an Genen geben, die – wenn fehlgesteuert – dazu beitragen, daß normale Zellen zu Krebszellen entarten. Deshalb waren wir auch nicht über den Befund erstaunt, daß verschiedene Linien von Mastzelltumoren das P1A-Gen ausprägen, während normale Mastzellen das nicht tun.

Melanom-Antigene

Um 1989 waren wir soweit, mit unserer Suche nach Genen für menschli- che Tumor-Abstoßungsantigene zu beginnen. Wir konzentrierten uns auf die Zell-Linie MZ2-MEL; sie leitet sich von dem Melanom (einer durch dunkle Pigmentierung gekennzeichneten Form von Hautkrebs) einer Patientin ab, deren Daten unter dem Kürzel MZ2 verschlüsselt sind. Die Prozedur war ganz ähnlich wie für das P1A-Gen der Maus.

Als erstes brauchten wir körpereigene cytotoxische T-Lymphocyten, die auf die MZ2-MEL-Zellen reagierten. Dazu kultivierten wir, wie es auch andere Forscher in solchen Fällen tun, weiße Blutkörperchen der Patientin mit abgetöteten Zellen aus ihrem Tumor. Obwohl dieser im Organismus keine Abstoßung ausgelöst hatte, ermöglichte uns die Anreicherungskultur innerhalb einiger Wochen, cytotoxische T-Lymphocyten zu isolieren, die selektiv die Tumorzellen abtöteten. Von dieser gemischten Population Antitumor-Lymphocyten erzeugten wir durch Vereinzeln dann Klone, die jeweils nur auf ein einziges Antigen ansprachen.

Ferner benötigten wir eine Antigen-Verlustvariante als DNA-Empfänger. Dazu wurden mehrere Millionen MZ2-MEL-Zellen mit etwa gleich vielen cytotoxischen T-Zellen des Anti-E-Klons konfrontiert (so benannt, weil sein Ziel-Antigen zufällig diesen Kennbuchstaben erhalten hatte). Jeweils nur etwa eine von einer Million Tumorzellen überlebte. Diese Zellen hatten, wie sich herausstellte, ihr Antigen E verloren. Solche Verlustvarianten wurden aber weiterhin von anderen T-Zellklonen angegriffen. Dadurch entdeckten wir, daß der MZ2-MEL-Tumor mindestens vier verschiedene Tumor-Abstoßungsantigene trägt.

Bislang haben wir nur das Gen für das Antigen E isoliert, und zwar genauso wie für das P1A-Gen beschrieben. Es erhielt das Kürzel MAGE-1 (für Melanom-Antigen-1).

Sobald wir die Nucleotidsequenz dieses Gens kannten, prüften wir normale Zellen der Patientin, ob sie dieselbe enthielten. Dem war so – doch wurde das Gen nicht exprimiert, ausgeprägt. Also war auch hier wie bei P1A ein Tumor-Abstoßungsantigen durch Aktivierung eines Gens entstanden, das in normalen Zellen stumm ist.

Entsprechend lag der Verdacht nahe, daß MAGE-1 auch in Tumoren anderer Patienten aktiv sein könnte. Aus Analysen einer großen Auswahl von Tumorproben ist zu schließen, daß dies bei mehr als 30 Prozent der Melanome tatsächlich der Fall ist – und selbst bei mehr als 15 Prozent der Brust- und Lungentumoren (noch wissen wir freilich nicht, wie das MAGE-1-Protein die Entartung zu Krebs fördert).

Das heißt nun aber nicht, daß bei allen Krebspatienten, deren Tumorzellen das MAGE-1-Gen exprimieren (also dessen Protein herstellen), auch Antigen E (ein Peptid davon) auf eben diesen Tumorzellen präsentiert wird. Es muß offensichtlich auch ein geeigneter Präsentierteller – ein passendes MHC-Molekül der Klasse I – vorhanden sein. Beim Menschen werden diese Moleküle von drei Genen – HLA-A, -B und -C – codiert, die in zehn bis vierzig verschiedenen Varianten (sogenannten Allelen) vorkommen. Weil jeder Mensch einen Satz von A-, B- und C-Allelen von der Mutter und einen anderen vom Vater geerbt hat, kann sein Organismus sechs verschiedene Varianten von HLA-Proteinen herstellen (beispielsweise die HLA-Proteine A1, A10, B7, B24, C4 und C6). Bei einem anderen Menschen mag es eine ganz andere Kombination sein.

Die Proteine der Allele unterscheiden sich in der Gestalt ihrer Peptid-Bindungsmulde und der umgebenden Region. Daher heftet sich ein Peptid – wenn überhaupt – im typischen Fall nur an eines der in der Zelle vorhandenen MHC-Moleküle der Klasse I. Folglich werden nur Zellen von Patienten, deren Organismus sowohl das MAGE-1-Protein als auch ein bestimmtes HLA-Molekül herstellt, Antigen E auf ihrer Oberfläche präsentieren. Wir wissen inzwischen, daß es sich bei der MHC-Komponente um das HLA-A1 handelt und daß das von ihr präsentierte MAGE-1-Peptid neun Aminosäuren lang ist; auch deren Abfolge kennen wir.

Unklar ist noch, ob Tumorzellen von Patienten, die zwar das MAGE-1-Protein bilden, aber andere MHC-Moleküle haben, ebenfalls erkennungsfähige Antigene präsentieren. Theoretisch könnten auch Peptide des MAGE-1-Proteins als Antigen fungieren, wenn sie sich an andere MHC-Moleküle als HLA-A1 zu heften vermöchten. Aber die Existenz solcher Antigene ist so lange unsicher, wie man keine cytotoxischen T-Lymphocyten findet, die auf sie ansprechen. (Es sei daran erinnert, daß ihr T-Zell-Rezeptor zur Form des Peptids und des umgebenden Präsentiertellers des jeweiligen MHC-Moleküls passen muß.)

Therapieansätze

Mit der Identifizierung eines Gens für ein menschliches Tumor-Abstoßungsantigen kommt die Suche nach einer wirksamen spezifischen Immuntherapie gegen Krebs in eine neue Phase. Erstmals kann man vorab ermitteln, welchen Patienten eine solche Immunisierung womöglich zu nutzen verspricht – eben jenen, deren Tumoren das bekannte Antigen tragen.

Mit dem Gen selbst lassen sich zudem viele neuartige Ansätze zur Immunisierung der Betroffenen verfolgen. Um dann festzustellen, ob das Immunsystem überhaupt darauf anspricht, braucht man nur zu messen, wie sich die Zahl der cytotoxischen T-Lymphocyten ändert, statt langwierig auf klinisch nachweisbare Wirkungen zu warten – etwa das Ausbleiben eines Rezidivs (das neuerliche Auftreten derselben Art von Tumor).

Klinische Studien zur Immunisierung von Melanom-Patienten mit Antigen E leiten wir derzeit in die Wege. Dabei geht es zunächst hauptsächlich darum, die Reaktion cytotoxischer T-Zellen auf das Antigen zu bewerten. Sobald wir Prozeduren gefunden haben, die verläßlich eine starke Antwort hervorrufen, wird geprüft, wieweit sie eine Rückbildung bewirken können.

Unsere Methoden zur Auswahl geeigneter Patienten sind leichter durchführbar, als man annehmen mag (siehe Kasten auf Seite 64). Der HLA-Typ von Patienten, die vor einer Krebsoperation stehen, läßt sich auf verschiedene Weise bestimmen; bei einer davon genügt eine kleine Blutprobe, deren Ergebnis schon in wenigen Stunden verfügbar ist (Blutkörperchen tragen wie andere Körperzellen solche Gewebsverträglichkeits-Antigene). Bei Personen mit HLA-A1 kann dann eine Gewebeprobe des Tumors sofort nach der Operation eingefroren werden. Innerhalb von zwei Tagen läßt sich mit einer speziellen Variante der Polymerase-Kettenreaktion feststellen, ob die Tumorzellen auch das MAGE-1-Gen ablesen, also eine Boten-RNA für die Proteinsynthese erzeugen (bei dieser Variante wird die RNA in DNA umgeschrieben und dann gezielt zum Nachweis vervielfacht). Da bei etwa jedem dritten Melanom-Patienten das Gen exprimiert wird und jeder vierte Weiße (aber nur jeder sechste Schwarze) das HLA-A1-Allel besitzt, müßte jeder zwölfte weiße Patient Antigen E auf seinen Tumorzellen tragen.

An der Gruppe, die beide Kriterien erfüllt, läßt sich dann eine Reihe von Immunisierungsmethoden testen. Weil das MAGE-1-Gen und das präsentierte Peptid seines Proteins identifiziert sind, können wir auch andere Zelltypen dazu bringen, Antigen E auf ihrer Oberfläche zu tragen. Nach Abtötung lassen sich solche Zellen den Patienten injizieren, um deren Anti-E-Lymphocyten in Aktion zu bringen. Unsere ersten klinischen Studien werden einem solchen Protokoll folgen (siehe Kasten auf Seite 64).

Außerdem wollen wir herausfinden, in welchem Maße es nützt, in solche Zellen ein Gen für ein Interleukin (beispielsweise Interleukin 2) einzubauen. Das Immun-Hormon sollte dann die Aktivierung von T-Lymphocyten in seinem Umfeld erleichtern.

Vorgesehen ist des weiteren, nachgebaute E-Peptide oder aber gereinigtes MAGE-1-Protein in Kombination mit einem Adjuvans, einer immunstimulierenden Substanz, als möglichen Impfstoff zu erproben. Und schließlich könnten wir das MAGE-1-Gen einem harmlosen Virus einbauen, das zwar in menschliche Zellen eindringt, sich dort aber nicht vermehren kann. Es sollte bei den Patienten eine relativ kleine Zahl von Zellen infizieren, die dann das MAGE-1-Protein exprimieren und Antigen E für eine Weile auf ihrer Oberfläche tragen. Die Immunisierung mit Peptiden, Proteinen und manipulierten Viren hat sich schon für andere Zwecke als recht wirksam erwiesen.

Noch ist unklar, ob durch diese Behandlungen Krebspatienten geheilt werden können; doch stehen meiner Ansicht nach die Chancen nicht schlecht, daß irgendeine Form der spezifischen Immuntherapie zumindest hilfreich sein wird. Optimistisch stimmen uns Studien an Mäusen, bei denen starke Anti-Tumor-Immunreaktionen ohne gesundheitliche Beeinträchtigungen erzielt werden konnten.

Wie die Effekte beim Menschen sein werden, läßt sich nur schwer abschätzen, insbesondere bei großen Tumoren. Bösartige Zellen könnten durchaus ihre Fähigkeit verlieren, MAGE-1- oder HLA-A1-Proteine herzustellen; sie würden kein Antigen E mehr tragen und dadurch den Anti-E-Lymphocyten entgehen. Ein Erfolg wird sich darum vielleicht erst dann einstellen, wenn man Krebspatienten mit verschiedenen Tumor-Abstoßungsantigenen gleichzeitig zu immunisieren vermag. Eine solche Mehrfach-Immunisierung sollte die Immunreaktion verstärken und zugleich dem Fall vorbeugen helfen, daß sich durch Verlust eines einzigen Antigens Varianten der Tumorzellen der Zerstörung entziehen.

Wir sind zuversichtlich, daß sich mit der von uns entwickelten Klonierungsmethode schon bald weitere Gene für Tumor-Abstoßungsantigene identifizieren lassen. Dann wird man mehrere Antigene eines Tumors gleichzeitig ins Visier nehmen können und bei der Auswahl geeigneter Patienten weniger eingeschränkt sein. Somit gibt es nun, auch wenn der Erfolg keineswegs gesichert ist und noch viel zu tun bleibt, eine klare Strategie für eine spezifische Immuntherapie gegen Krebs.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 5 / 1993, Seite 58
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