Inhibition of human CD8+ T cells by the tumor metabolite methylthioadenosine: Mechanisms of action and putative strategies to improve antitumor activity
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Tumors utilize multiple strategies to evade the recognition and eradication by the immune system enabling outgrowth and resistance to cancer immunotherapy. There is increasing data that also tumor metabolism plays a role in tumor immune escape. Metabolic changes in cancer cells lead to the depletion of essential nutrients and the accumulation of suppressive metabolites within the tumor microenvironment, which can critically impair antitumor immune responses. One tumor-specific metabolic dysregulation represents the deficiency of methylthioadenosine phosphorylase (MTAP), a central enzyme of the methionine and polyamine metabolism. Loss of MTAP expression can be found in various tumor entities and often correlates with tumor progression and stage of disease. Lack of MTAP activity leads to the accumulation of the substrate 5’-deoxy-5’-methylthioadenosine (MTA). Many studies have already reported that this tumor metabolite suppresses various types of immune cells. In this context, MTA was shown to impair the proliferation, viability, differentiation, and effector function of human primary cytotoxic T cells. Further investigation should elucidate the molecular mechanisms underlying the MTA-mediated T-cell inhibition and, based on this, examine putative strategies to overcome the immunosuppression by MTA.
MTA was found to interfere with different intracellular pathways, especially signaling through AKT, a key regulator of many essential cellular functions, such as growth, survival, and metabolism. In line with this, MTA impaired upregulation of glycolysis and fatty acid consumption after T-cell stimulation, which is crucial for T-cell functionality. In addition, MTA was found to inhibit protein arginine methyltransferase 5 (PRMT5) activity. In comparison studies, the selective PRMT5 inhibitor EPZ015666 suppressed the proliferation, viability, differentiation, cytokine secretion, and tumor antigen-specific expansion of human primary cytotoxic T cells similar to MTA. Furthermore, PRMT5 inhibition decreased the activation of the AKT/mTOR pathway and the associated metabolic reprogramming of the T cells. Hyperactivation of AKT signaling by IL-7 could counteract the MTA-mediated T-cell suppression but did not restore PRMT5 activity. Furthermore, retroviral overexpression of the MTA-degrading enzyme MTAP in human CD8+ T cells was examined as a putative strategy to reduce the sensitivity of cytotoxic T cells against elevated MTA levels.
Overall, this data suggests that the MTA-mediated T-cell inhibition can, at least partially, be attributed to the PRMT5-inhibiting feature of MTA. Further, the results demonstrate that PRMT5 plays a crucial role in regulating T-cell biology and is closely linked to AKT/mTOR signaling. These findings may lead to new strategies to interfere with MTA-mediated immune inhibition and manipulate T-cell functionality to improve future immunotherapy against MTAP-deficient tumors.
Abstract
Tumore verfolgen verschiedenste Strategien, um sich der Erkennung und Zerstörung durch das Immunsystem zu entziehen. Dies ermöglicht ein ungehindertes Wachstum und Resistenz gegen Tumorimmuntherapie. Immer mehr Daten zeigen, dass auch der Tumorstoffwechsel eine Rolle im Tumor Immune Escape spielt. Metabolische Veränderungen in den Krebszellen führen zur Depletion essenzieller Nährstoffe sowie zur Akkumulation suppressiver Metabolite im Tumormikromilieu. Beides kann die Anti-Tumor-Immunantwort maßgeblich beeinträchtigen. Eine solche tumorspezifische, metabolische Dysregulationen stellt die Defizienz der Methylthioadenosinphosphorylase (MTAP) dar, ein Enzym mit zentraler Rolle im Methionin- und Polyaminstoffwechsel. Der Verlust der MTAP-Expression kann in vielen verschiedenen Tumorentitäten nachgewiesen werden und korreliert oftmals mit Progression und Malignitätsstatus des Tumors. Fehlende MTAP-Aktivität führt zur Akkumulation des Substrates 5‘-Deoxy-5‘-Methylthioadenosin (MTA). Viele Studien zeigten bereits, dass dieser Tumormetabolit eine suppressive Wirkung auf verschiedene Immunzellen hat. So verringert MTA die Proliferation, Viabilität, Differenzierung und Effektorfunktion humaner primärer zytotoxischer T-Zellen. Weitere Untersuchungen sollen nun die der MTA-vermittelten T-Zell-Inhibition zugrundeliegenden molekularen Mechanismen aufklären, um darauf basierend mögliche Strategien zu entwickeln, der Immunsuppression durch MTA entgegenzuwirken.
Es konnte gezeigt werden, dass MTA mit verschiedenen intrazellulären Pathways interferiert, insbesondere mit dem AKT-Signalweg, ein Schlüsselregulator vieler wichtiger Zellfunktionen, wie Wachstum, Überleben und Metabolismus. Damit einhergehend beeinträchtigte MTA die Hochregulierung der Glykolyse und Fettsäureaufnahme der T-Zellen nach Stimulation, Prozesse, die für die Funktionalität der T-Zelle von wesentlicher Bedeutung sind. Zudem zeigte MTA eine hemmende Wirkung auf die Aktivität der Proteinmethyltransferase 5 (PRMT5). In Vergleichsstudien supprimierte der selektive PRMT5-Inhibitor EPZ015666 die Proliferation, Viabilität, Differenzierung, Zytokinsekretion und tumorantigenspezifische Expansion humaner primärer zytotoxischer T-Zellen auf ähnliche Weise wie MTA. Zudem führte die Hemmung der PRMT5 zur verringerten Aktivierung des AKT/mTOR-Signalweges und der damit assoziierten metabolischen Reprogrammierung der T-Zellen. Die Überstimulation von AKT durch IL-7 konnte der MTA-vermittelten T-Zell-Suppression entgegenwirken, jedoch nicht die Aktivität der PRMT5 wiederherstellen. Zudem wurde die retrovirale Überexpression des MTA-degradierenden Enzyms MTAP in humanen CD8+ T-Zellen als mögliche Strategie untersucht, die Sensitivität der zytotoxischen T-Zellen gegenüber erhöhten MTA-Konzentrationen zu reduzieren.
Zusammenfassend indizieren die Daten, dass die MTA-vermittelte T-Zell-Suppression mechanistisch zumindest partiell auf die PRMT5-inhibierende Eigenschaft von MTA zurückzuführen ist. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass die PRMT5 eine wichtige Rolle in der Regulation der T-Zell-Biologie spielt und mit dem AKT/mTOR-Signalweg eng verknüpft ist. Diese Erkenntnisse könnten zu neuen therapeutischen Ansätzen führen, der MTA-vermittelten Immuninhibition entgegenzuwirken und die Funktionalität der T-Zellen zu manipulieren, um die zukünftige Immuntherapie MTAP-defizienter Tumoren zu verbessern.