The major therapeutic modality for treating cancer is the adoptive transfer of chimeric antigen receptor (CAR)- or transgenic T cell receptor (TCR)-T cells. The main advantages of the synthetic receptors are that it enables not only the redirection of T cell antigen specificity, but also the rewiring of signaling components to achieve optimal T cell activation. Indeed, the major breakthrough in the clinical success of CAR-T therapy has been the incorporation of a costimulatory domain in the cytoplasmic domain of a second-generation CAR, which led to a dramatic increase in their proliferation and persistence. Unlike CAR-T therapy, however, research on TCR-T therapy has so far focused primarily on identifying antigen-specific TCR repertoires.In this study, I developed second-generation TCR-T cells that simultaneously deliver TCR and co-stimulatory signals upon TCR stimulation. To achieved this, I generated a modified-CD3ζ that is fused with the signaling domain of the 4-1BB. The modified-CD3ζ recruited tumor necrosis factor receptor-associated factor 2 (TRAF2), a key adaptor of 4-1BB signaling, but exhibited diminished TCR signaling, resulting in a suboptimal anti-tumor effect in vivo. Based on the results of mutational studies, I further identified that a basic-rich motif (BRM) located in the 4-1BB signaling domain is responsible for the undesirable outcomes, likely due to the reinforced association between the modified-CD3ζ and the plasma membrane. Thus, I generated a modified-CD3ζ with BRM-truncated 4-1BB, termed zBBΔBRM. This modification was sufficient to recruit TRAF2 while preserving TCR signaling. Consequently, zBBΔBRM-based TCR-T cells demonstrated enhanced persistence with a higher expression of anti-apoptotic molecules upon repeated encounters with target cells. Subsequently, I confirmed significantly enhanced anti-tumor activity of my second-generation TCR-T cells, as compared to that of their first-generation counterparts, in a xenograft mouse model. Collectively, my findings offer a strategy for engineering signaling components of TCR-T cells, and in addition, provide a potential therapeutic approach for treatment of cancer.
항암을 위한 치료 양식 중 하나는 카이메릭 항원 수용체(CAR) 또는 형질전환 T세포수용체(TCR)- T 세포의 입양 전달이다. 합성 수용체 유전 공학의 주요 장점은 T 세포 항원 특이성을 새로 지정할 뿐만 아니라 신호 구성 변형을 통해 T 세포의 최적 활성화를 달성할 수 있다는 것이다. 실제로, CAR-T 치료의 임상적 성공의 주요 돌파구는 2세대 CAR의 세포질 도메인에 공동자극 도메인을 통합한 것이며, 이는 조작된 T 세포의 증식과 지속성을 극적으로 증가시켰다. 그러나 CAR-T와 달리 형질전환 TCR-T 요법에 대한 연구는 T세포수용체의 신호전달 구성 요소를 강화하기 보다는 항원 특이적 T세포수용체의 서열을 확인하는데 초점이 맞추어져 있다.본 학위 논문에서는 TCR세포수용체 자극만으로 TCR 과 공동자극 신호를 동시에 전달하는 2세대 TCR-T 세포의 개발과 항암면역 치료제로서의 효과를 기술하였다. 이를 위해 4-1BB 공동자극 수용체의 신호 전달 도메인이 융합된 변형된 CD3ζ를 구축하였다. 변형된 CD3ζ는 TCR과 4-1BB 신호를 동시에 전달했지만 기존의 TCR 신호전달을 저해하였으며 이는 저조한 항암 효과를 초래하였다. 돌연변이 연구의 결과를 기반으로, 4-1BB 신호전달 도메인의 산성-풍부 모티브 (BRM)가 CD3ζ에 결합된 4-1BB 신호전달 도메인의 산성-풍부 모티브 (BRM)가 변형된 CD3ζ는 원형질막과의 결합을 강화시켜 원치 않은 결과를 초래한다는 것을 확인하였다. 따라서, 4-1BB의 BRM이 절단된 TRAF-결합 모티프를 갖는 변형된 CD3ζ 구축물을 구축하고 이를 zBBΔBRM이라고 명명하였다. zBBΔBRM는 TCR 신호전달을 유지하면서 4-1BB 신호전달을 위한 핵심 어댑터 분자인 TRAF2를 모집하기에 충분하였다. 결과적으로, NY-ESO-1 항원에 특이적인 zBBΔBRM 기반 2세대 TCR-T 세포는 표적 세포와의 반복적인 만남에서 항-세포자멸사 분자의 더 높은 발현과 함께 향상된 증식능을 보였다. 마지막으로 이종이식 마우스 모델에서 기존의 1세대 TCR-T 세포와 비교하여 2세대 TCR-T 세포의 항암 효과가 크게 향상되었음을 확인하였다. 종합적으로, 본 연구는 고형 암에 적용 가능한 면역치료제로서 TCR-T 세포의 신호 전달을 향상시킬 수 있는 유망한 전략을 제공한다.
