HER2-CAR-NK cells exhibit enhanced cytotoxic activity towards HER2-positive tumors

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Targeting of adoptive immune cells is among modern approaches to therapy of solid tumors. Expression of an epidermal growth factor receptor HER2 is a common finding (20% of breast tumors) and is associated with a negative outcome. In this regard, obtaining HER2-specific effector cells carrying a chimeric CAR receptor is a relevant task. NK cells have a wide spectrum of activating receptors capable of recognizing tumor-associated markers and do not initiate a graft-versus-host reaction. The goal of this study was to obtain effector CAR-NK cells capable of eliminating the HER2-positive tumor targets. The NK cells were obtained by negative magnetic separation from peripheral mononuclear cells isolated from volunteers’ blood using density gradient centrifugation. Activated NK cells were modified by retroviral transduction. Preliminarily transfected Phoenix Ampho cells were used to accumulate retroviral particles carrying HER2- CAR construct. The DARPin 9-29-HER2 molecule with affinity for the HER2 distal domain I was used as the antigen-recognizing domain. The proportion of transduced NK cells was measured by means of GFP reporter protein expression. The surface emergence of HER2-CAR receptors was detected by expression of the c-Myc extracellular domain. All modified GFP+NK cells were capable of expressing HER2-CAR receptors on the cell membrane. Functional activity of HER2-CAR NK cells was measured using flow cytometry, by degranulation intensity and IFNγ production in the presence of HER2-positive target cells BT-474. To assess lytic activity of HER2-CAR NK cells, the cultures of HER2-CAR-expressing GFP+NK cells and unmodified GFP-NK cells were obtained by cell sorting. Lysis of BT-474 targets was measured by calcein release upon incubation with HER2-CAR and GFP- effectors. HER2-CAR NK cells were characterized by higher levels of degranulation and IFNγ production compared to GFP-NK cells. Moreover, HER2-CAR-NK cells had higher lytic activity towards BT-474. Thus, by means of genetic modification based on primary NK cells, we obtained highly effective HER2-CAR-NK agents capable of HER2-positive target recognition and possessing cytotoxic and cytokine-producing potential in presence of tumor cells. Expanding the variety of cellular effectors aimed at treating HER2-positive breast tumors will increase the potential of personalized tumor therapy in the future.

About the authors

Nadezhda A. Alekseeva

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nadalex@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-6221-5478

Postgraduate Student, Junior Researcher, Department of Immunology, Laboratory of Cellular Interactions

Russian Federation, 16/10 Miklouho-Maclay St, GSP-7, Moscow, 117997

Maria A. Streltsova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: tardes999@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5403-0753

PhD (Biology), Researcher, Department of Immunology, Laboratory of Cellular Interactions

Russian Federation, 16/10 Miklouho-Maclay St, GSP-7, Moscow, 117997

Yulia D. Vavilova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: Juliateterina12@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9075-218X

PhD (Biology), Researcher, Department of Immunology, Laboratory of Cellular Interactions

Russian Federation, 16/10 Miklouho-Maclay St, GSP-7, Moscow, 117997

Sergey M. Deyev

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: biomem@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3952-0631

PhD, MD (Biology), Professor, Full Member, Russian Academy of Sciences, Chief Researcher, Department of Immunology, Laboratory of Molecular Immunology

Russian Federation, 16/10 Miklouho-Maclay St, GSP-7, Moscow, 117997

Elena I. Kovalenko

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: lenkovalen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8119-8247

PhD (Biology), Senior Researcher, Department of Immunology, Laboratory of Cellular Interactions

Russian Federation, 16/10 Miklouho-Maclay St, GSP-7, Moscow, 117997

References

  1. Ahmed N., Brawley V., Hegde M., Bielamowicz K., Kalra M., Landi D., Robertson C., Gray T.L., Diouf O., Wakefield A., Ghazi A., Gerken C., Yi Z., Ashoori A., Wu M.F., Liu H., Rooney C., Dotti G., Gee A., Su J., Kew Y., Baskin D., Zhang Y.J., New P., Grilley B., Stojakovic M., Hicks J., Powell S.Z., Brenner M., Heslop H.E., Grossman R., Wels W.S., Gottschalk S. HER2-specific chimeric antigen receptor–modified virus-specific T cells for progressive glioblastoma: A phase 1 dose-escalation trial. JAMA Oncol., 2017, Vol. 3, no. 8, pp. 1094-1101.
  2. Alekseeva N.A., Boyko A.A., Shevchenko M.A., Grechikhina M.V., Streltsova M.A., Alekseeva L.G., Sapozhnikov A.M., Deyev S.M., Kovalenko E.I. Three-dimensional model analysis revealed differential cytotoxic effects of the NK-92 cell line and primary nk cells on breast and ovarian carcinoma cell lines mediated by variations in receptor–ligand interactions and soluble factor profiles. Biomedicines, 2024, Vol. 12, no. 10, 2398. doi: 10.3390/biomedicines12102398.
  3. Borst L., van der Burg S.H., van Hall T. The NKG2A-HLA-E axis as a novel checkpoint in the tumor microenvironment. Clin. Cancer Res., 2020, Vol. 26, no. 21, pp. 5549-5556.
  4. Eitler J., Rackwitz W., Wotschel N., Gudipati V., Murali Shankar N., Sidorenkova A., Huppa J.B., Ortiz-Montero P., Opitz C., Künzel S.R., Michen S., Temme A., Loureiro L.R., Feldmann A., Bachmann M., Boissel L., Klingemann H., Wels W.S., Tonn T. CAR-mediated targeting of NK cells overcomes tumor immune escape caused by ICAM-1 downregulation. J. Immunother. Cancer, 2024, Vol. 12, no. 2, e008155. doi: 10.1136/jitc-2023-008155.
  5. Haroun-Izquierdo A., Vincenti M., Netskar H., Van Ooijen H., Zhang B., Bendzick L., Kanaya M., Momayyezi P., Li S., Wiiger M.T., Hoel H.J., Krokeide S.Z., Kremer V., Tjonnfjord G., Berggren S., Wikström K, Blomberg P., Alici E., Felices M., Önfelt B., Höglund P., Valamehr B., Ljunggren H.G., Björklund A., Hammer Q., Kveberg L., Cichocki F., Miller J.S., Malmberg K.J., Sohlberg E. Adaptive single-KIR+NKG2C+ NK cells expanded from select superdonors show potent missing-self reactivity and efficiently control HLA-mismatched acute myeloid leukemia. J. Immunother. Cancer, 2022, Vol. 10, no. 1, e005577. doi: 10.1136/jitc-2022-005577.
  6. Mehta R.S., Rezvani K. Chimeric antigen receptor expressing natural killer cells for the immunotherapy of cancer. Front. Immunol., 2018, Vol. 9, 283. doi: 10.3389/fimmu.2018.00283.
  7. Sapino A., Goia M., Recupero D., Marchiò C. Current challenges for HER2 testing in diagnostic pathology: State of the art and controversial issues. Front. Oncol., 2013, Vol. 3, 129. doi: 10.3389/fonc.2013.00129.
  8. Schönfeld K., Sahm C., Zhang C., Naundorf S., Brendel C., Odendahl M., Nowakowska P., Bönig H., Köhl U., Kloess S., Köhler S., Holtgreve-Grez H., Jauch A., Schmidt M., Schubert R., Kühlcke K., Seifried E., Klingemann H.G., Rieger M.A., Tonn T., Grez M., Wels W.S. Selective inhibition of tumor growth by clonal NK cells expressing an ErbB2/HER2-specific chimeric antigen receptor. Mol. Ther., 2015, Vol. 23, no. 2, pp. 330-338.
  9. Shilova O.N., Deyev S.M. DARPins: Promising scaffolds for theranostics. Acta Naturae, 2019, Vol. 11, no. 4, pp. 42-53.
  10. Sivori S., Vacca P., Del Zotto G., Munari E., Mingari M.C., Moretta L. Human NK cells: surface receptors, inhibitory checkpoints, and translational applications. Cell. Mol. Immunol., 2019, Vol. 16, no. 5, pp. 430-441.
  11. Stepanov A.V., Kalinin R.S., Shipunova V.O., Zhang D., Xie J., Rubtsov Y.P., Ukrainskaya V.M., Schulga A., Konovalova E.V., Volkov D.V., Yaroshevich I.A., Moysenovich A.M., Belogurov A.A. Jr, Zhang H., Telegin G.B., Chernov A.S., Maschan M.A., Terekhov S.S., Wu P., Deyev S.M., Lerner R.A., Gabibov A.G., Altman S. Switchable targeting of solid tumors by BsCAR T cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2022, Vol. 119, no. 46, e2210562119. doi: 10.1073/pnas.2210562119.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Obtaining of HER2-CAR-NK cells. Note. A, the proportion of transduced GFP+NK cells carrying the HER2-CAR construct. B, demonstration of the release of the HER2-CAR receptor onto the surface of the cell membrane of transduced GFP+NK cells by the expression level of HER2-CAR extracellular domain (c-Myc).

Download (226KB)
3. Figure 2. Functional activity of HER2-CAR-NK cells upon incubation with HER2+BT-474 targets. Note. A, the level of HER2 expression on the surface of BT-474 target cells. B, the proportion of degranulated CD107a+, HER2-CAR-NK cells (GFP+) and GFP-NK cells upon incubation with HER2+BT-474 targets. C, the proportion of HER2-CAR-NK cells (GFP+) and GFP-NK cells producing IFNγ upon incubation with BT-474. D, the proportion of lysed BT-474 upon incubation with HER2-CAR-NK cells (GFP+) and GFP-NK cells. Data are presented as mean ± SD, statistical analysis of data was performed using Student’s t-test; *, p < 0.05.

Download (501KB)

Copyright (c) 2025 Alekseeva N.A., Streltsova M.A., Vavilova Y.D., Deyev S.M., Kovalenko E.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».