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Deploying single-cell transcriptomics for assessing CAR T cell generation: alleviating antiviral restriction factors enhances gene transfer

Charitidis, Filippos T. (2023)
Deploying single-cell transcriptomics for assessing CAR T cell generation: alleviating antiviral restriction factors enhances gene transfer.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00023984
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Deploying single-cell transcriptomics for assessing CAR T cell generation: alleviating antiviral restriction factors enhances gene transfer
Language: English
Referees: Nuber, Prof. Dr. Ulrike A. ; Buchholz, Prof. Dr. Christian J.
Date: 13 November 2023
Place of Publication: Darmstadt
Collation: XI, 140 Seiten
Date of oral examination: 26 April 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00023984
Abstract:

Lentiviral vectors (LV) have become the dominant tool for stable gene transfer into lymphocytes including chimeric antigen receptor (CAR) gene delivery to T cells, a major breakthrough in cancer therapy. Yet, room for improvement remains, especially for the latest LV generations delivering genes selectively into T cell subtypes, a key requirement for in vivo CAR T cell generation. Towards improving gene transfer rates with these vectors, transcriptome analyses on human T lymphocytes after exposure to CAR-encoding conventional vector VSV-LV, and vectors targeted to CD8+ (CD8-LV) or CD4+ T cells (CD4-LV) was conducted. Genes related to quiescence and antiviral restriction were found to be upregulated in CAR-negative cells exposed to all types of LVs. Down-modulation of various antiviral restriction factors including the interferon-induced transmembrane proteins (IFITMs) was achieved with rapamycin as verified by mass spectrometry (LC-MS). Strikingly, rapamycin enhanced transduction by up to 7-fold for CD8-LV and CD4-LV without compromising CAR T cell activities, but did not improve VSV-LV. When administered to humanized mice, CD8-LV resulted in higher rates of GFP gene delivery as well as faster in vivo CAR T cell generation and tumor control. The data favor multi-omics approaches for improvements in gene delivery.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Lentivirale Vektoren (LV) sind zum dominierenden Werkzeug für den stabilen Gentransfer in Lymphozyten geworden. Insbesondere die Übertragung der kodierenden Sequenz chimärer Antigenrezeptoren (CARs) in T-Zellen gilt als wichtiger Durchbruch der Krebstherapie. Dennoch gibt es Raum für Verbesserungen, insbesondere für die neuesten LV-Generationen, die Gene selektiv in T-Zell-Subtypen einbringen, eine Schlüsselvoraussetzung für die In-vivo-CAR-T-Zellgenerierung. Um die Gentransferraten mit diesen Vektoren zu verbessern, wurden vergleichende Transkriptomanalysen während der CAR-T-Zellerzeugung mit CAR-kodierenden konventionellen Vektoren (VSV-LV) sowie CD8- (CD8-LV) oder CD4-targetierten Vektoren (CD4-LV) durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass in CAR-negativen Zellen Gene hoch exprimiert sind, welche im Zusammenhang mit mitotischer Aktivität und antiviraler Restriktion stehen. Mit Rapamycin wurde eine Heruntermodulation verschiedener antiviraler Restriktionsfaktoren, einschließlich der Interferon-induzierten Transmembranproteine (IFITMs) erreicht, was durch Massenspektrometrie (LC-MS) verifiziert werden konnte. Bemerkenswerterweise steigerte Rapamycin die Transduktion für CD8-LV und CD4-LV um bis zu 7-fach, ohne die Aktivitäten der CAR-T-Zellen zu beeinträchtigen, verbesserte jedoch VSV-LV vermittelten Gentransfer nicht. In vivo steigerte Rapamycin die Gentransferraten mit CD8-LV in humanisierten Mäusen sowie die Kinetik der CAR-T-Zellgenerierung und Tumorkontrolle. Die Daten belegen den Wert von Multi-Omics-Ansätzen zur Verbesserung des Gentransfers.

German
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-239840
Classification DDC: 500 Science and mathematics > 570 Life sciences, biology
Divisions: 10 Department of Biology > Stem Cell and Developmental Biology
Date Deposited: 13 Nov 2023 13:06
Last Modified: 24 Nov 2023 12:32
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/23984
PPN: 51315776X
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