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Identifikation und molekulare Charakterisierung von Resistenzmechanismen gegenüber zellulären Immuneffektoren zur Optimierung von Krebsimmuntherapien

Göbel, Corinna

Es existieren zahlreiche Immuntherapien um malignen Erkrankungen zu begegnen. Ihnen gemein ist, dass der Erfolg einer solchen Therapie von der Sensitivität gegenüber den eingesetzten Immuneffektoren und deren zytotoxischen Mechanismen abhängt. Deswegen haben wir ein Modell entwickelt, mit dem molekulare Resistenzmechanismen von Tumorzellen gegenüber antigenspezifischen zytotoxischen T-Zellen in vitro und in vivo untersucht werden können. Als Tumormodell dienten dabei murine Fibroblasten, welche mit dem adenoviralen Onkogen E1A transformiert wurden und das Epitop Ad5E1A234-243 im murinen H2-Db MHC-Klasse-I Kontext präsentieren (E1A-MEF). Als korrespondierende Immuneffektoren verwendeten wir E1A-spezifische, T-Zellrezeptor transgene zytotoxische T-Zellen (ZTL). Mit Hilfe dieses Systems konnten wir drei verschiedene Faktoren identifizieren, welche zu einer Resistenz gegenüber antigenspezifischen ZTL beitragen. In Vorarbeiten wurde ein erstes Kandidatengen, die Cyclooxygenase-2 (COX-2), identifiziert. Dieses Enzym, welches für die Produktion des Gewebshormons Prostaglandin E2 verantwortlich ist, wurde bereits im Zusammenhang mit der Tumorentstehung und der Resistenzbildung in der Literatur beschrieben. In unserem murinen Immuntherapiemodell führte die COX-2-Überexpression zu einer Resistenz gegenüber ZTLs in vitro, die sich in einer deutlichen Steigerung des klonogenen Überlebens der Tumorzellen nach Ko-Kultur mit antigenspezifischen ZTLs darstellte. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass die Überlebenszeit von Mäusen mit COX-2-exprimierenden Tumoren nach adoptivem Transfer mit E1A-spezifischen ZTLs deutlich verkürzt war. In einem Modell für Immunsurveillance zeigten COX-2 exprimierende Tumore ein deutlich schnelleres Wachstum, so dass gezeigt werden konnte, dass COX-2 auch zu einer spezifischen Immunresistenz in vivo führt. In weiterführenden Experimenten wurde festgestellt, dass die vermehrte COX-2 Expression die Sekretion von Interferon-gamma durch antigenspezifische T-Zellen reduziert und damit die Sensitivität von Tumorzellen vermindert wird. Die exogene Zugabe von Interferon-gamma konnte die COX-2-vermittelte Immunresistenz überwinden. COX-2 ist damit ein Beispiel für einen zell-autonomen Resistenzmechanismus gegenüber spezifischen Immuneffektoren. In dieser Arbeit wurden zwei weitere Resistenz vermittelnde Faktoren identifiziert: das ribosomale Protein S9 (RPS9) und der eukaryotische Elongationsfaktor 1B delta (EF1Bδ). Die Überexpression dieser beiden Gene führte sowohl zu einer Resistenz gegenüber antigenspezifischen T-Zellen als auch zu einer Resistenz gegenüber Apoptose induzierenden Stimuli. In dieser Arbeit beschreiben wir die Beteiligung von RPS9 und EF1Bδ an der Ausbildung eines Resistenzmechanismus gegenüber ZTLs und zytotoxischen Substanzen, welcher vermutlich durch die Aktivierung des MAP-Kinase Signalwegs verursacht wird.

The efficacy of immune surveillance and antigen-specific cancer immunotherapy equally depends on the activation of a sustained immune response targeting cancer antigens and the susceptibility of cancer cells to immune effector mechanisms. A detailed understanding of the activation and regulation of cancer-specific immune reaction as well as the mechanisms determining the effector phase of immune elimination is crucial for successful implementation and improvement of such immunotherapies. Therefore, we have development an experimental system for unbiased identification of mechanisms that modulate the susceptibility of cancer to the cytotoxic effects of activated, antigen-specific T cells. This system is based on murine embryonic fibroblasts expressing the adenoviral epitope E1A to serve as cancer model (E1A-MEF) and E1A-specific, receptor-transgenic cytotoxic T cells as corresponding immune effectors. Using this system we have identified three different factors that confer resistance to cancer cell elimination by antigen-specific cytotoxic T cells (CTL). The first analyzed candidate is cyclooxygenase 2 (COX-2) which, when expressed in E1A-MEF, increased the clonogenic survival of the cancer cells when cocultured with antigen-specific T cells. COX-2 expressing tumors established in immune-deficient mice were less susceptible to adoptive immunotherapy with TCR-transgenic lymphocytes in vivo. The immune surveillance of COX-2 positive tumor cells in TCR-transgenic mice was less efficient, too. Mechanistically, COX-2 expression decreased the sensitivity of cancer cells to activated antigen-specific T cells by modulating the release of interferon-gamma. Addition of interferon-gamma sensitized COX-2 expressing E1A-MEF to tumor suppression by their respective cellular targets. Here we describe a first example of a cell-autonomous resistance mechanism that is specific for cellular immune effectors. Two further identified factors that confer resistance to antigen-specific CTL are the ribosomal protein S9 (RPS9) and the eukaryotic elongation factor 1 delta (EF1Bδ). Expressing RPS9 and EF1Bδ in E1A-MEF caused an increased clonogenic survival of cells when cocultured with antigen-specific T cells. Furthermore, RPS9 and EF1Bδ expression mediated resistance to cytotoxic stimuli. Presumable, the resistance to cellular immune effectors and to apoptosis inducing drugs results from an activation of the MAP-kinase pathway. Here we describe the involvement of two factors belonging to the protein biosynthesis machinery in the development of resistance to cytotoxic stimuli as well as antigen-specific CTL.

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Göbel, Corinna: Identifikation und molekulare Charakterisierung von Resistenzmechanismen gegenüber zellulären Immuneffektoren zur Optimierung von Krebsimmuntherapien. 2015.

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