Tumor-associated Natural Killer cells in ovarian cancer ascites: Molecular and functional characterization

The high-grade serous carcinoma (HGSOC) is the most common ovarian cancer type that, due to late diagnosis, has the highest mortality rate of all gynecological cancers. One third of the patients develop a fluid in the peritoneal cavity called ascites. The ascites contains tumor and immune cells as w...

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Main Author: Hoffmann, Nathalie
Contributors: Pogge von Strandmann, Elke (Prof. Dr. rer nat.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2020
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Table of Contents: Das seröse Ovarialkarzinom (HGSOC) ist die häufigste Art von Eierstockkrebs, der aufgrund einer späten Diagnose die höchste Mortalitätsrate von allen gynäkologischen Krebserkrankungen aufweist. Ein Drittel der Patientinnen entwickeln eine Flüssigkeit im Peritonealraum, die Aszites genannt wird. Dieser Aszites enthält Tumor- und Immunzellen so wie lösliche, immunmodulierende Faktoren wie etwa Zytokine. NK-Zellen – als wichtiger Teil des angeborenen Immunsystems – spielen eine wesentliche Rolle in der tumor immune surveillance. Ihre Effektorfunktion ist durch das Gleichgewicht zwischen aktivierenden und inhibierenden Rezeptorsignalen streng reguliert. Die NK-Zellfunktion von vielen Tumorpatientinnen ist eingeschränkt und die Ergebnisse von NK-Zell-basierten Immuntherapien sind bislang unbefriedigend. Dies liegt oftmals an Tumor-assoziierten Immunevasions-Mechanismen. Einer der am besten charakterisierten aktivierenden Rezeptoren von NK-Zellen ist NKG2D, welcher maligne Zellen erkennt und die Tumorzell-Lyse vermittelt. Jedoch ist die NKG2D/NKG2D-Ligand (NKG2D-L)-Signalachse in vielen Tumorentitäten gestört. Das Abspalten („shedding“) von NKG2D-L von der Oberfläche der Tumorzellen zu einer löslichen Form ist eine solche Evasionsstrategie. Die Störungsmechanismen der Liganden beinhalten (1) die Runterregulation von NKG2D und (2) das passive Blockieren von NKG2D. In der Folge führt dies zu dysfunktionalen NK-Zellen und einem begünstigten Tumorwachstum. Allerdings können sie (3) in der Maus auch den NKG2D/NKG2D-L Makrophagen – NK-Zell Crosstalks inhibieren und dadurch die NK-Zell-vermittelte Tumorzell-Lyse fördern. Die Relevanz dieses Mechanismus im Menschen ist bisher unerforscht. Im Ovarialkarzinom-Aszites sind lösliche NKG2D-L angereichert und korrelieren negativ mit dem Überleben der Patientinnen. Erstaunlicherweise ist die Expression von NKG2D auf NK-Zellen und T-Zellen nicht reduziert. In dieser Dissertation konnte ich zeigen, dass Makrophagen kein NKG2D exprimieren und somit nicht direkt mit löslichen NKG2D-L interagieren. Des Weiteren war die Lyse von Makrophagen durch NK-Zellen nicht NKG2D-abhängig. Dies weist darauf hin, dass im Ovarialkarzinom die löslichen NKG2D-L die NKG2D-Signalvermittlung nicht durch Mechanismen beeinflussen, die bereits in anderen Modellen beschrieben wurden. Stattdessen konnte ich eine weitere, neue Funktion von löslichen NKG2D-L beschreiben, nämlich die Induktion der NKG2D-Signalvermittlung und damit die Expression von Zielgenen nach ihrer Bindung. Des Weiteren ist der Phänotyp und die Differenzierung zu Tumor-assoziierten NK-Zellen (TANKs) und insbesondere die involvierten Signalwege noch unvollständig untersucht. In dieser Dissertation konnte ich zeigen, dass NK-Zellen von Patientinnen einen gemischten, Tumor-assoziierten Phänotyp aufwiesen. Bei diesem zeigten die NK-Zellen eine starke Runterregulation der meisten aktivierenden Rezeptoren, sowie eine Hochregulation von PD-1 und TIM-3, was auf einen anergen Status der NK-Zellen hinweist. Diese NK-Zellen zeigten gestörte NK-Zell-Effektorfunktionen, die durch eine Zytokinaktivierung und die Blockierung der TGFβ-Signalvermittlung wiederhergestellt werden konnten. Darüber hinaus zeigten TANKs eine Dysregulation des kegg pathways natural killer cell-mediated cytotoxicity und des Hippo pathways. Proteine, die durch den Hippo pathway reprimiert werden, wie beispielsweise YAP1 und TEAD4, waren ausschließlich in TANKs exprimiert, während sie in gesunden NK-Zellen nicht nachweisbar waren. Wurden jedoch gesunde NK-Zellen mit TGFβ, IL-2 und durch CD16-crosslinking stimuliert, so wurde die TEAD4-Expression induziert. TEAD4-exprimierende NK-Zellen zeigten eine TEAD4-abhängige Hochregulation von TIM-3. Schließlich konnte ich erste Hinweise erbringen, dass TEAD4-exprimierende NK-Zellen eine regulatorische Funktion erlangen können, durch welche sie in der Lage sind, die Proliferation von T-Zellen zu unterdrücken. Diese Erkenntnisse werfen mehr Licht auf die Rolle von NK-Zellen in der Tumor-Mikroumgebung (tumor microenvironment, TME) von Ovarialkarzinom-Patientinnen. Darauf basierend wird weitere Forschung unser Wissen über NK-Zell tumor surveillance vergrößern, was den Weg für Strategien, die anti-tumoröse NK-Zell-Funktionen zu verstärken, ebnet.