Die Aktivierung des Immunrezeptors RIG-I beeinflusst die T-Zellsensitivität von Melanomzellen : Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen

Spaan, Lina GND

Das maligne Melanom ist eine aggressive Tumorerkrankung, die auch in Gegenwart von Tumor-reaktiven zytotoxischen CD8+ T-Zellen voranschreitet. Diese T-Zellen erkennen, über ihren T-Zell-Rezeptor, spezifisch HLA Klasse I-Antigen-Komplexe auf der Oberfläche der Melanomzellen. Dadurch kommt es zur Aktivierung der T-Zellen, welche dann die Zerstörung der Tumorzelle einleiten. Allerdings können sich Melanomzellen, durch eine Herabregulation der HLA Klasse I-Antigen-Komplexe, der Erkennung durch CD8+ T-Zellen ganz oder teilweise entziehen. Dieser Herabregulation können die Zytokine IFN-α und IFN-β, sogenannte Typ I Interferone (IFN), entgegenwirken. Typ I IFN binden an spezifische Rezeptoren auf der Oberfläche der Melanomzellen und aktivieren so den JAK/STAT Signalweg. Als Folge induziert der Transkriptionsfaktor STAT1 im Komplex mit weiteren Faktoren die Expression von verschiedenen Komponenten der Antigen-Prozessierungs-und-Präsentationsmaschinerie (APM) und von HLA Klasse I Molekülen. Aus dieser Kenntnis resultiert ein besonderes Interesse an neuen Behandlungsstrategien, welche zur Aktivierung des JAK/STAT Signalwegs führen und somit die Immunogenität der Melanomzellen beeinflussen. Interessanterweise führt die Aktivierung von RIG-I, einem zytosolischen Rezeptor, der virale doppelsträngige RNA in infizierten Zellen detektiert, zur Induktion von Typ I IFN und proinflammatorischen Zytokinen. Durch die Transfektion von synthetischen RIG-I Liganden, wie 3pRNA, kann eine Aktivierung von RIG-I auch in Tumorzellen induziert werden. Die Bedeutung der RIG-I Aktivierung für die T-Zell-Erkennung des Melanoms war bislang unklar und sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit geklärt werden. Tatsächlich führte die Aktivierung von RIG-I, infolge einer 3pRNA Transfektion, zu einer verbesserten Erkennung von Melanomzellen durch autologe CD8+ T-Zellen. Diese wurde durch eine verstärkte Expression von APM Komponenten und HLA Klasse I Molekülen vermittelt. Zusätzlich konnte eine gesteigerte Expression des ICAM-1 Moleküls, welches für die Adhäsion von T-Zellen an die Tumorzellen von Bedeutung ist, detektiert werden. Um die Rolle einer autokrinen/parakrinen Typ I IFN Signalgebung in der Immunogenität 3pRNA-transfizierter Melanomzellen zu klären, wurden IFN-sensitive und IFN-resistente Zelllinien in die weiteren Untersuchungen einbezogen. Diese stammten aus verschiedenen Metastasen eines Melanompatienten. Interessanterweise zeigte sich auch für IFN-resistente Melanomzellen eine verbesserte Erkennung durch CD8+ T-Zellen basierend auf der Induktion von APM Komponenten, HLA Klasse I und ICAM-1 Molekülen nach 3pRNA Transfektion. Weder JAK1 noch STAT1, als Komponenten des JAK/STAT Signalwegs, waren für eine Verbesserung der Immunogenität von IFN-resistenten Tumorzellen essentiell. Allerdings zeigte sich nach RIG-I Aktivierung eine gesteigerte Expression der HLA Klasse I Transkriptionsaktivatoren NLRC5 und IRF-1 sowohl in IFN-sensitiven als auch in IFN-resistenten Zelllinien. IRF-1 konnte als zentraler Regulator der 3pRNA-vermittelten Immunogenität identifiziert werden, da die Herabregulation von IRF-1 mittels siRNA eine verminderte Induktion der APM Komponenten und der NLRC5 Expression nach 3pRNA Transfektion bewirkte. Neben einer erhöhten T-Zellsensitivität konnte auch eine verstärkte Expression von T-Zell-rekrutierenden Chemokinen, wie CCL2, CCL3, CCL4, CCL5, CXCL9 und CXCL10, durch 3pRNA-transfizierte IFN-sensitive und IFN-resistente Melanomzellen nachgewiesen werden. Somit konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass die Aktivierung des Rezeptors RIG-I die Immunogenität von Tumorzellen und die Expression von T-Zell-rekrutierenden Chemokinen unabhängig von einer intakten Typ I IFN Signalgebung induziert. Die RIG-I Aktivierung könnte demnach eine neue Strategie darstellen, um die T-Zell-Erkennung von IFN-sensitiven und IFN-resistenten Tumorzellen zu verbessern.

Malignant melanoma is a highly aggressive cancer which even progresses in the presence of tumor-reactive CD8+ T cells. Recognition of melanoma cells by CD8+ T cells is mediated by the T cell receptor binding to specific HLA class I-antigen complexes on the surface of the tumor cell. As a result, T cells become activated and eliminate tumor cells. T cell efficiency can be strongly impaired due to downregulation of HLA class I-antigen surface complexes, as frequently observed in human melanoma. In contrast, upregulation of HLA class I antigen complexes and components of the antigen processing and presentation machinery (APM) can be induced by type I interferons (IFN), namely IFN-α and IFN-β. Type I IFN bind to the corresponding receptor at the cell surface and induce the JAK/STAT signaling pathway, which in turn activates specific transcription factors like STAT1. Activated STAT1 associates with other factors and induces the expression of APM components and HLA class I molecules. Thus, of specific interest is the development of new therapies, which activate the JAK/STAT signaling pathway, thereby enhancing tumor immunogenicity. Interestingly, activation of RIG-I, a cytosolic receptor, which senses discrete types of virus-derived double-stranded RNA, induces the expression of type I IFN and proinflammatory cytokines. In tumor cells RIG-I activation can be elicited by transfection with the synthetic RIG-I ligand 3pRNA. However, until today it was unclear to which extent RIG-I activation affects melanoma immunogenicity. Therefore, the aim of this study was to investigate this. Indeed, 3pRNA-mediated RIG-I activation resulted in an improved recognition of melanoma cells by autologous CD8+ T cells. The latter was based on an increased expression of several APM components, which in turn increased the surface expression of HLA class I molecules. Additionally, an increased expression of ICAM-1 molecules after 3pRNA transfection was detected. To define the role of autocrine/paracrine type I IFN signaling in 3pRNA-modulated tumor immunogenicity, IFN-sensitive and IFN-resistant melanoma cell lines were analysed. These cell lines were generated from different metastases of one patient. Interestingly, also for IFN-resistant 3pRNA-transfected melanoma cells, improved recognition by CD8+ T cells as well as the induction of APM components, HLA class I and ICAM-1 molecules were detected. Neither JAK1 nor STAT1, as components of the JAK/STAT signaling pathway, were essential for the improved immunogenicity of IFN-resistant tumor cells. However, RIG-I activation was associated with an increased expression of the HLA class I transactivators NLRC5 and IRF-1 detectable in both, IFN-sensitive and IFN-resistant cell lines. IRF-1 was identified as a central regulator of 3pRNA-mediated immunogenicity, since downregulation of IRF-1 by siRNA abrogated the ability of 3pRNA to induce NLRC5 and APM component expression. In addition to an increased T cell sensitivity, an increased expression of T-cell recruiting chemokines such as CCL2, CCL3, CCL4, CCL5, CXCL9 and CXCL10 by 3pRNA-transfected IFN-sensitive and IFN-resistant melanoma cells could be detected. Therefore, this study unravels a novel IFN-independent effect of RIG-I on antigen presentation, T-cell attraction and tumor recognition as a promising approach to enhance the immunogenicity of IFN-sensitive and IFN-resistant tumors.

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Spaan, L., 2020. Die Aktivierung des Immunrezeptors RIG-I beeinflusst die T-Zellsensitivität von Melanomzellen: Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen. https://doi.org/10.17185/duepublico/37770
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