background image

 

 

Immunology of 

Cancer

background image

 

 

Why Immunology?

background image

 

 

The immune system’s influence on the 

development of cancer can be seen in 

immunocompromised patients.

 

a.

5% persons with congenital immunodeficiencies develop 
cancer 

(200 x rate)

b.

immunosuppresed transplant patients (rate 80 x)

c.

AIDS
lymphomas (activated B cells)
XLP + EBV - chronic infectious mononucleosis

      or

         - malignant lymphomas

background image

 

 

So basically in healthy 

individuals the immune 

system recognizes tumor 

cells as foreign and 

destroy them before they 

have a chance to multiply.

background image

 

 

How does the immune 

system recognize tumor 

cells?

background image

 

 

The immune system can distinguish 
between normal and transformed 
cells by:

• Tumor specific antigens (TSA)-present on 

tumor cells, and not on normal cells.

• Tumor associated antigens (TAA)-present on 

tumor cells and some normal cells.

background image

 

 

  

40% melanomas        

  20% breast ca                     express 

MAGE-1         

  30% lung small cell ca

Examples of tumor 
antigens

Renal cell carcinoma 70% express 
GP250

background image

 

 

The membrane of the normal cells & cancer 
cells

background image

 

 

How the immune system “kill” the 
cancer cell.

background image

 

 

Cellular Effectors that Mediate Immunity

1.Cytotoxic  T lymphocytes-protective role against 

virus-associated neoplasms (EBV, HPV)

2.Natural killer cells (NK)-lymphocytes capable of 

destroying tumor cells w/o prior sensitization - first 
line of defense against tumors.  After activation 
with IL-2, NK lyse a variety of tumors (even if they 
appear to be non-immunogenic to T cells.
T cells

  complementary anti-tumor mechanisms

NK cells

background image

 

 

Cellular Effectors that Mediate Immunity

3. Macrophages-activated exhibit selective 

cytotoxicity against tumor cells.
T cells
NK cells

 collaborate in anti-tumor reactivity

Macrophages 
(e.g. INF- secreted by T and NK cells, activator of 

macrophages).  Kill by production of reactive 
oxygen ,  or secretion of TNF-

4. Humoral mechanisms 

activation of 

complement

induction of 

ADCC

(antibody-

dependent cell cytotoxicity):

 by NK 

cells

background image

 

 

Antibody-dependent cellular 
cytotoxicity (ADCC)

background image

 

 

Tumor 
cell

Granzymes pass through the pores and activate the 
enzymes that lead to apoptosis of the infected cell by 
means of destruction of its structural cytoskeleton 
proteins and by chromosomal degradation. As a result, 
the cell breaks into fragments that are subsequently 
removed by phagocytes. Perforins can also sometimes 
result in cell lysis. 

The Fab portion of the 
antibody binds to 
epitopes on the 
"foreign" cell. The NK 
cell then binds to the 
Fc portion of the 
antibody. The NK cell is 
then able to contact 
the cell and release 
pore-forming proteins 
called perforins, 
proteolytic enzymes 
called granzymes, and 
chemokines.

background image

 

 

As a result, the cell breaks into fragments that are 
subsequently removed by phagocytes. Perforins can also 
sometimes result in cell lysis. 

The NK cell releases 
pore-forming proteins 
called perforins, 
proteolytic enzymes 
called granzymes, and 
chemokines. 
Granzymes pass 
through the pores and 
activate the enzymes 
that lead to apoptosis 
of the infected cell by 
means of destruction 
of its structural 
cytoskeleton proteins 
and by chromosomal 
degradation.

background image

 

 

Possible Effector Mechanisms in Tumor 

Immunity

Humoral

Opsonization and 

phagocytosis

Complement-mediated lysis
Loss of cell adhesion 

(antibody dependent)

Cell-Mediated 

Cytotoxicity

T Cell
Antibody-dependent 

cytotoxicity

NK
LAK (lymphokine-activated 

killer) cells

Macrophages (macrophages 

can be activated by 
lymphokines)

background image

 

 

The antitumoral T-lymphocyte bind with the 

tumoral cell

background image

 

 

The search of tumor cells with a 

help of the antitumoral T-

lumphocytes

 

background image

 

 

The destruction of tumor 

cells by T-lymphocyte

 

background image

 

 

HOW THE T CELL DESTROYS CANCER

background image

 

 

background image

 

 

If our immune system 

can destroy tumor cells 

then why do we have 

cancer?

background image

 

 

There is a selection for tumor cells that among other 
things:
1. Avoid the immune response by being non-
immunogenic, selective outgrowth of antigen 
negative variants.
2. Loss or reduced expression of HLA antigens.
2. Immunosupression, producing anti-inflamatory 
cytokine such as TGF-1.
3. Induce apoptosis of immune cells (NK cells, 
Cytotoxic T lymphocytes, Helper T lymphocytes) 
4. No costimulation, no sensitization

Escape Mechanisms from Immuno 

Surveillance

background image

 

 

Tumor Evasion of Cytotoxic T lymphocytes (CTL) eg.

Tumor Evasion of Cytotoxic T lymphocytes (CTL) eg.

background image

 

 

The Tumor cell can also induce apoptosis 
(programmed cell death) of T lymphocytes.

5 min after 
contact

45 min 
after 
contact

T cell

tumor

Apoptoti
c T cell

tumor

background image

 

 

Tumor cells 
can destroy T 
cells by the 
Fas/FasL (Fas 
ligand) 
pathway or 
with the use 
of 
gangliosides.

background image

 

 

So the Tumor cell can 

avoid the immune system’s 

response by “hiding”, 

“pretending to be normal”, 

or “killing” the immune 

cells.

background image

 

 

OK, so what now?

How do we make the 

immune system recognize 

and destroy the tumor 

cells?

background image

 

 

The Challenges of The immune 

system

1. How to identify and specifically 

respond to millions of different antigens

2. How to distinguish between foreign 

(tumor) and self antigens

3. How to optimally and appropriately 

respond to tumors

background image

 

 

The players, or the cells of the 

immune system

• Lymphocytes (B and T cells): Determining 

the specificity of the immune response

• Monocytes/Macrophages and Dendritic 

cells (Antigen presenting cells - APC): 
presentation of antigen on the major 
histocompatability complex (MHC).

• Natural Killers

• Mast cells and Basophils

background image

 

 

• CD4

+

 T cells- T helper cells

CD4 interacts with MHC II that process 
Ag from the environment 

• CD8

+

 T cells- cytotoxic cells

  CD8 interacts with MHC I that presents 

intracellular antigens.

background image

 

 

The immune response takes 

place in specific tissues

• The cells of the immune system are 

found in peripheral organized tissues:

• Recirculating in the blood and lymph
• Lymph nodes
• Spleens

It is within these tissues that the immune 

response occur

background image

 

 

The immune response

1. Humoral: B-cells/Th2

Production of Antibodies that 

specifically bind antigens.  Initiates the 

clearance of the antigen by phagocytes 

and the complement system.

2. Cellular response: T-cells/Th1

Specialized cells that respond 

specifically to antigen on cell surface, 

resulting in killing those cells and 

activating other cells that clear the 

antigen.

background image

 

 

In cancer treatment, often 

surgery, chemotherapy, 

and radiotherapy does not 

work eg. in malignant 

melanoma.

Thus a new type of therapy 

is thought. One of this is 

IMMUNOTHERPY.

background image

 

 

Cancer Immunotherapy

Aim: 

To activate the patient’s 

immune system to specifically 

recognize and destroy human 

tumor cells

background image

 

 

Since the first use of smallpox vaccine in the late 
1700s, therapies have been used to activate the 
immune system to combat various infectious 
diseases. Growing understanding of how cancer 
cells challenge the immune system has given 
hope for therapeutic vaccines that maybe able to 
overcome the limitations of current cancer 
therapies. 

Therapeutic approaches for cancer 
immunotherapy generally fall in to three 
categories:

I.

Passive Immuntherapy

II.

Non-specific Immunotherapy

III.

Active Specifuc Immunotherpy

background image

 

 

Passive Immunotherpy

Uses monoclonal antibodies to selectively 
interfere with tumor cell functioning. What is 
needed is 

1. A monoclonal antibody specific for the cancer 
cell attached to

2. A cytotoxic drug, toxin or radioactive atoms that 
kills the cell once it gets inside.

Non-specific Immunotherapy

Uses compounds including cytokines such as 
interferon, interleukin and BCG, that upregulates 
the general immune system response to cancer. 
However, cytokine therapy suffers the same 
limitations as chemotherapy in that cytokines lack 
selectivity and are associated with significant 
toxicity. Eg. Interferon and IL-2 used in the 
treatment of melanoma have significant side 
effects in most patients.

background image

 

 

Active Specific Immunotherapy

Purified antigens, peptides, gene-based systems, or 
antigens contained in whole cells or cell lysates are 
used in active specific immunotherapy for cancer. 
They are also called therapeutic cancer vaccines.

Unlike chemotherapy, active specific 
immunotherapy does not directly kill cancer cells, 
but generate a specific and targeted humoral 
and/or cellular immune response against the 
cancer and stimulate an increase in the number 
and type of immune cells and antibodies capable of 
responding to cancer. Also therapeutic cancer 
vaccines may activate the immune system to 
overcome the immunosuppression caused by tumor 
growth and development. 

background image

 

 

Cytokines that have been shown to 

inhibit tumor establishment

• IL-2 - Activates T cell, NK cells and 

marophages

• IL-4 - Activates T and B cells
• IL-6 - Augments B cell growth and Ab 

production

• IL-12 - Stimulate T and NK cells to produce IFN-

• IL-15 – Activates T cell, NK cells, LAK, and TIL
• GM-CSF - Accelerates hematopoietic recovery 

after 

chemotherapy

• TNF- - Stimulates target cells, induces MHC 
• IFN- - Induce cytotoxicity 

background image

 

 

Immunotherapy is still in its 
infancy but holds great 
potential. 

Well anyway, Good luck on 
your USMLE and the Match!


Document Outline