LAG3

Autor: Prof. Dr. med. Peter Altmeyer

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Zuletzt aktualisiert am: 24.06.2021

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Synonym(e)

CD223; Lymphocyte-activation gene 3

Erstbeschreiber

LAG3 wurde 1990 entdeckt  (Triebel F et al. 1990) als ein Transmembranmolekül, das auf CD4+ und CD8+ T-Zellen, natürlichen T-Killer-Zellen (NKT), natürlichen Killer-Zellen (NK), plasmazytoiden dendritischen Zellen (pDCs) und regulatorischen T-Zellen (Tregs) exprimiert wird. 

Definition

LAG3 ist das Akronym für „Lymphocyte-activation gene 3“. LAG3, auch als CD223 bekannt, ist ein Transmembranprotein mit strukturellen Ähnlichkeiten zu CD4. Das Protein wird beim Menschen durch das LAG-Gen3 kodiert, das auf Chromosom 12 (12p13.32)  lokalisiert ist. Der LAG3-Lokus liegt neben dem Gen, das den CD4-Co-Rezeptor kodiert, und hat eine ähnliche Intron/Exon-Organisation. Wie CD4 bindet auch LAG3 an MHC-Klasse II, jedoch mit einer wesentlich höheren Affinität.

LAG3 gehört zu der Familie der antiinflammatorischen Immun-Checkpoints (ICs). Diese ICs hemmen die Immunreaktivität von T-Lymphozyten, im Gegensatz zu den proinflammatorische ICs, die die Immunreaktivität von T-Lymphozyten steigern. Aktiviert werden die Immune-Checkpoints durch passgenaue Zytokine (Liganden) die von anderen Zellen präsentiert und freigesetzt werden.

Allgemeine Information

Es gibt zahlreiche Hinweise dafür, dass LAG-3 ein inhibitorischer Korezeptor ist und eine zentrale Rolle in der Autoimmunität, der Tumorimmunität und der Antiinfektionsimmunität spielt (Triebel F et al. 1990). So unterdrückt LAG-3 die Aktivierung von T-Zellen und die Sekretion von Zytokinen und sorgt damit für eine Immunhomöostase. Das Protein übt unterschiedliche hemmende Wirkungen auf verschiedene Arten von Lymphozyten aus und zeigte bei der Hemmung von Immunantworten Synergien mit PD-1.

LAG3 Struktur, Funktion und Liganden: In den meisten Zelltypen wird die LAG3-Expression durch Aktivierung reguliert, mit Ausnahme von pDCs und Tregs, bei denen die Expression konstitutiv zu sein scheint (Zhang Q et al. 2017).

Struktur von LAG: Sowohl CD4 als auch LAG3 bestehen aus vier, extrazellulären Immunglobulin-Superfamily-ähnlichen, Domänen (D1-D4), wobei die Struktur von LAG3 noch nicht endgültig geklärt ist. LAG3 scheint jedoch zwei einzigartige strukturelle Merkmale zu besitzen.

  1.  wird die Interaktion zwischen LAG3 und MHC-Klasse II im Gegensatz zu CD4 durch eine einzigartige, prolinreiche, dreißig Aminosäuren umfassende Schleife innerhalb von D1 vermittelt  (Li N et al. 2004).
  2. hat LAG3 ein längeres Verbindungspeptid zwischen der vierten Ig-Domäne und der Transmembranregion, was es anfälliger für das Shedding von der Zelloberfläche durch ein Desintegrin- und Metalloproteinase-Domäne enthaltendes Protein (ADAM) macht  (Li N et al. 2004).

Der zytoplasmatische Schwanz von LAG3 besteht aus drei konservierten Motiven. Die Funktion und die nachgeschalteten Signalereignisse bleiben jedoch unbekannt. Das erste Motiv enthält eine putative Serinphosphorylierungsstelle, die beim Menschen zwei Serinreste enthält. Bislang wurde diesem Motiv keine Funktion zugeschrieben. Das zweite Motiv ist eine einzigartige, konservierte Sechs-Aminosäuresequenz (KIEELE), von der gezeigt wurde, dass sie für LAG3 erforderlich ist, um die T-Zell-Funktion herunterzuregulieren  (Workman CJ et al. 2003). Das dritte Motiv ist eine Glutaminsäure- und Prolin-Dipeptidwiederholung (EP). Es wurde vermutet, dass dieses Motiv das LAG3-assoziierte Protein (LAP) bindet, was die Ko-Lokalisation von LAG3 mit CD3-, CD4- und/oder CD8-Molekülen innerhalb von Lipid Rafts ermöglicht (Workman CJ et al. 2003).

Liganden: Der primäre, kanonische Ligand für LAG3 ist MHC Klasse II, der an eine konservierte verlängerte Schleife in der LAG3 D1-Domäne bindet. Sobald LAG3 an MHC Klasse II gebunden ist, überträgt es über seine zytoplasmatische Domäne inhibitorische Signale. Der Mechanismus der Signaltransduktion ist bisher noch unklar (Workman CJ et al. 2004). Bemerkung: Humane Melanom-Krebszellen weisen eine erhöhte Expression von MHC-Klasse II auf, was mit einer schlechten Patientenprognose in Verbindung gebracht wurde. Die Bindung von LAG3 an MHC-Klasse II trägt dazu bei, dass der Tumor der Apoptose entkommt und tumorspezifische CD4+ T-Zellen rekrutiert, was wiederum zu einer Reduktion der CD8+ T-Zell-Antwort führt (Hemon P et al. 2011; s.a. unter Immunevasion).

Weitere Liganden:

  • Inzwischen kennt man jedoch weitere potenzielle Liganden, so Galectin-3 (Gal-3). Hierbei handelt es sich um ein Galaktose-bindendes Lektin, das die T-Zell-Aktivierung reguliert. Gal-3 kann auf verschiedenen Zelltypen exprimiert werden und übt somit seine regulatorische Funktion auf CD8+ T-Zellen über mehrere Mechanismen aus  ((Kouo T et al. 2015).
  • LSECtin, ein C-type Lektin-Rezeptor: Dieser bindet an die vier glykosylierten Stellen auf LAG3. LSECtin wird in der Leber und in Melanom-Tumorzellen exprimiert, was auf einen Mechanismus hindeutet, durch den LAG3 die Funktion von CD8+ T-Zellen und NK-Zellen in diesen Umgebungen regulieren kann (Xu F et al. (2014).
  • Weiterhin wurde das Fibrinogen-ähnliche Protein 1 (FGL1) als Ligand für LAG3 beschrieben (Wang J et al. 2019). FGL1 ist ein Mitglied der Fibrinogen-Familie, das eine ähnliche Struktur wie Fibrinogen beta und gamma aufweist, wobei keine Auswirkungen auf Thrombozyten oder bei der Gerinnungsbildung bekannt ist. FGL1 wird normalerweise von Hepatozyten in der Leber sezerniert, jedoch können auch Tumorzellen große Mengen an FGL1 exprimieren, was mit einer schlechten Patientenprognose und Resistenz gegenüber einer Immuntherapie korreliert (Wang J et al. 2019). Auffallend ist, dass die Blockierung der Interaktion zwischen LAG3 und FGL1, die intratumoralen T-Zell-Antworten erhöht, was in Mausmodellen zu einer Verringerung der Tumorgröße des Melanoms führt (neuer Mechanismus für eine gezielte Immuntherapie?).

Regulation der LAG3-Expression: Die Zelloberflächenexpression von LAG3 wird durch zwei getrennte Mechanismen reguliert, was die Bedeutung einer strengen Kontrolle der LAG3-Expression und -Funktion für eine optimale Immunhomöostase unterstreicht:

  • Speicherung: 1. wird LAG3 in lysosomalen Kompartimenten gespeichert, um eine schnelle Translokation an die Zelloberfläche nach TCR-Stimulation zur Kontrolle der T-Zell-Antwort zu ermöglichen. In ruhenden T-Zellen wird LAG3 in den lysosomalen Kompartimenten angebaut. Dieser Abbau ist der limitierende Schritt für die Oberflächenexpression von LAG3, und die Hemmung der lysosomalen Aktivität erhöht seine Oberflächenexpression. Darüber hinaus wird seine Translokation an die Zelloberfläche durch Proteinkinase-C-Signalisierung über die zytoplasmatische Domäne vermittelt (Bae J et al. 2014).
  • Spaltung: 2. wird die LAG3-Zelloberflächenexpression durch proteolytische Spaltung reguliert, was zur Freisetzung einer löslichen Form von LAG3 (sLAG3) führt. Die Spaltung von LAG3 wird durch ein Disintegrin- und Metalloproteinase-Domäne-enthaltendes Protein 10 und 17 (ADAM10 und ADAM17) vermittelt (Moss ML et al. 2017).

Klinisches Bild

LAG3 ist ein IR, das auf aktivierten und dysfunktionalen T-Zellen exprimiert wird. Wenn es aktiviert ist, reguliert es die T-Zell-Funktion negativ. Daher ist LAG3 ein neues Ziel für die Modulation von T-Zell-Antworten bei Krankheiten.

Autoimmun- und Entzündungskrankheiten:

  • IRs spielen eine zentrale Rolle bei der Regulierung von Autoimmun- und Entzündungskrankheiten. Tatsächlich sind Symptome von Autoimmunität oft eine Nebenwirkung der Checkpoint-Blockade bei soliden Tumoren aufgrund des Verlusts der Selbsttoleranz  (Stamatouli AM et al. 2018).
  • Das Targeting von LAG3 hat auch Interesse an klinischen Anwendungen für Autoimmunerkrankungen beim Menschen geweckt. Es wurde ein Anti-LAG3-MAb (GSK2831781; GlaxoSmithKline) entwickelt, ein humanisierter monoklonaler „afucosylierter“ Antikörper mit verstärkter Antikörperabhängiger Zellzytotoxizität (ADCC), der LAG3-exprimierende Immunzellen bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen dezimiert. Dieser Wirkstoff hat eine Phase 1, First-in-Human-Studie bei Patienten mit Plaque-Psoriasis abgeschlossen und wird demnächst in eine Phase 2-Studie übergehen.
  • Ein weiterer agonistischer monoklonaler Antikörper (mAb), der auf LAG3 abzielt (IMP761; Immutep), befindet sich derzeit in der präklinischen Entwicklung für die Behandlung von weiteren Autoimmunerkrankungen.

Chronische virale und parasitäre Infektionen:

  • IRs werden auf dysfunktionalen und erschöpften T-Zellen bei chronischen viralen und parasitären Infektionen hoch exprimiert. Die Rolle von LAG3 bei akuten und chronischen Infektionen in vivo ist bekannt (Blackburn SD et al. (2009). Die Blockade von LAG3 allein scheint die Viruslast bei best. viralen Infekten nur geringfügig zu reduzieren. Verstärkt jedoch die Co-Blockade von LAG3 und PDL1 synergistisch die CD8+ T-Zell-Antworten so reduziert sich die Viruslast signifikant (Blackburn SD et al. (2009). Tierexperimentell zeigte sich, dass auch bei Infektionen mit Mycobacterium tuberculosis (MTB) LAG3 auf CD4+ T-Zellen und NK-Zellen in der Lunge und insbesondere in den granulomatösen Läsionen von Makaken stark exprimiert wird. In ähnlicher Weise wird LAG3 bei einer Malaria (Plasmodium falciparum)-Infektion in Mäusen von erschöpften, parasitenspezifischen CD4+ T-Zellen exprimiert (Butler NS et al. (2011). Korrelative Studien am Menschen haben gezeigt, dass eine Infektion mit Plasmodium falciparum zu einer erhöhten Expression von LAG3 und PD1 führte, die mit einer T-Zell-Dysfunktion verbunden war  (Butler NS et al. (2011).

Tumorentitäten: Derzeit befinden sich 7 mAbs in der Entwicklung: Relatilimab (BMS-986016, Bristol-Myers Squibb; vollständig humanes IgG4-mAb), LAG525 (Novartis; humanisiertes IgG4), MK-4280 (Merck; humanisiertes IgG4), REGN3767 (Regeneron; humanes IgG4), TSR-033 (Tesaro; humanisiertes IgG4), Sym022 (Symphogen; Fc-inertes humanes mAb), und INCAGN02385 (InCyte; Fc-engineered IgG1κ). Es besteht ein erhebliches Interesse an der Entwicklung von mAbs, die auf LAG3 bei menschlichen Krebserkrankungen abzielen, insbesondere in Kombination mit Anti-PD1.

Relatlimab (BMS-986016) ist ein vollständig humaner LAG3-spezifischer Antikörper, der nach Immunisierung von transgenen Mäusen, die menschliche Immunglobulin (Ig)-Gene exprimieren, isoliert wurde. Es ist der erste humanisierte Anti-LAG3-mAb, der entwickelt wurde, und von allen Anti-LAG3-mAbs ist er in der klinischen Entwicklung am weitesten fortgeschritten. Die erste Phase-I/IIa-Studie, die 2013 gestartet wurde, sollte die Sicherheit und Wirksamkeit der LAG3-Blockade als Monotherapie oder in Kombination mit Nivolumab bei Patienten mit fortgeschrittenen soliden Malignomen (Gebärmutterhals-, Eierstock-, Blasen-, Darmkrebs, HPV-positives HNSCC, Magenkrebs, hepatozelluläres Karzinom, RCC) untersuchen, die zuvor keine Immuntherapie erhalten hatten . Es wird derzeit in 18 Phase-I- und II/III-Studien bei einer Vielzahl von soliden und hämatologischen Malignomen untersucht.

Die Kombination von Relatlimab und Nivolumab (anti-PD1) zeigte eine bemerkenswerte Wirksamkeit bei Melanompatienten, die refraktär gegenüber einer vorherigen Immuntherapie waren (PA M.I. Ascierto, Bhatia S, et al.(2017). Die Ergebnisse belegen, dass die Kombination aus Nivolumab und Relatlimab gut vertragen wurde, wobei behandlungsbedingte immunologische Nebenwirkungen des Grades 3 oder 4 bei 9% der Patienten auftraten, was der Häufigkeit unter Nivolumab allein entspricht. Dies deutet darauf hin, dass eine Nivolumab/Relatlimab-Kombination sicherer sein könnte als eine Nivolumab/Ipilimumab (anti-CTLA4)-Kombination.

Hinweis(e)

Melanom: Immun-Checkpoint-Inhibitoren allein oder in Kombination haben die Behandlung verändert und die Überlebensraten für Patienten mit metastasiertem oder inoperablem Melanom verbessert. Es gibt jedoch weiterhin eine beträchtliche Anzahl von Patienten, die von einer neuartigen Kombinationstherapie profitieren könnten, der potenziell komplementäre Signalweg nutzt, wodurch die Anti-Tumor-Aktivität verbessert wird. Die Ergebnisse versch. Studien deuten darauf hin, dass die Ausrichtung auf den LAG-3-Signalweg in Kombination mit der PD-1-Inhibition eine Schlüsselstrategie sein könnte, um die Immunantwort zu verstärken und die Ergebnisse für diese Patienten zu verbessern."

Darüber hinaus führt eine anhaltende Antigen-Stimulation, wie z. B. bei Krebserkrankungen und chronischen Virusinfektionen, zu einer erhöhten chronischen LAG3-Expression, die wiederum eine T-Zell-Erschöpfung und anschließende Beeinträchtigung der T-Zell-Funktion zur Folge hat  (Wherry EJ 2011). Zahlreiche Immuntherapien (Autoimmunerkrankungen, chronische Infektionen, Tumorerkrankungen), die auf LAG3 abzielen, befinden sich in klinischen Studien in Kombination mit Antikörpern gegen andere IRs, wie PD1/PDL1, zur Behandlung von Krebs (s. u. Hinweise).

Literatur
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  1. Bae J et al. (2014) Trafficking of LAG-3 to the surface on activated T cells via its cytoplasmic domain and protein kinase C signaling. J Immunol 193: 3101–3112.
  2. Blackburn SD et al. (2009) Coregulation of CD8+ T cell exhaustion by multiple inhibitory receptors during chronic viral infection. Nat Immunol 10: 29–37.
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Verweisende Artikel (3)

ADAM17; CD223; Immun-Checkpoint;
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