Pro-inflammatorische, Interleukin-17 produzierende CD8+ T-Lymphozyten in Multipler Sklerose und duktalem Adenokarzinom des Pankreas

Tc17-Zellen stellen einen nicht-zytotoxischen, Interleukin-17 produzierenden Subtyp der CD8+ Zellen dar. Sie sind durch RORyt-Expression und IL-17-Produktion gekennzeichnet und zeigen sich unter verschiedenen klinischen Bedingungen als immunoprotektiv gegenüber Pilzinfektionen, sind relevant für die...

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Main Author: Picard, Felix Simon Ruben
Contributors: Huber, Magdalena (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2022
Subjects:
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Description
Summary:Tc17-Zellen stellen einen nicht-zytotoxischen, Interleukin-17 produzierenden Subtyp der CD8+ Zellen dar. Sie sind durch RORyt-Expression und IL-17-Produktion gekennzeichnet und zeigen sich unter verschiedenen klinischen Bedingungen als immunoprotektiv gegenüber Pilzinfektionen, sind relevant für die Homöostase des Hautmilieus und für die Reparatur von Läsionen. Andererseits aber sind Tc17 Zellen auch als pro-inflammatorisch in Darmkrebs, Psoriasis und Asthma beschrieben. Es existieren Veröffentlichungen über IL-17-Signalwege als Verstärker oder Verursacher (Auto)immuner Reaktionen im Krankheitsbild der Multiplen Sklerose (MS) und im duktalem Adenokarzinom des Pankreas (PDAC). Die Rolle der Tc17 Zellen wird hier im Kontext beider Krankheiten, der MS und des PDACs, näher erforscht. Dimethylfumarat (DMF) ist ein in der MS-Therapie eingesetztes Medikament. Aufgrund des nur partiell aufgeklärten Wirkmechanismus‘ und bereits publizierter Beobachtungen zu DMF als Reaktive Sauerstoffspezies (ROS)-modulierender Immunmodulator wurde für diese Dissertation der Wirkmechanismus von DMF in CD8+ T-Zellen im Kontext von präklinischem EAE und der T-Zell-Phänotypisierung einer humanen DMF-Behandlungskohorte analysiert. Es konnte durch RNA-Sequenzierung von murinen in vitro differenzierten CD8+ T-Lymphozyten und humanen CD45RA- CD8+ T-Lymphozyten aus MS Patienten der Einfluss der DMF-Behandlung auf die positive Regulation von Genen des ROS-Signalwegs nachgewiesen werden. Die Gensignaturen von DMF-Behandelten CD8+ IL-17+ T-Lymphozyten korrelieren mit der Signatur kanonischer CTLs und nicht Tc17-zellen, was die Induktion eines CTL-like-Phänotpys durch DMF nahelegt. Mittels Einsatzes mehrerer Inhibitoren und eines murinen Knockout Modells konnte der Einfluss von DMF auf die PI3K-AKT-mTOR- und die PI3K-AKT-T-bet-Signalkaskaden in CD8+ T-Lymphozyten gezeigt werden, welches in beiden Fällen die IL-17 Produktion negativ beeinflusst. Der Einfluss von DMF auf die IL-2-STAT5-Signalkaskade und die daraus resultierende Repression der IL-17 Produktion konnte ebenso belegt werden. Auch nimmt der IL-2-Signalweg Einfluss auf Histondeacetylasen (HDACs). Durch Chromatin-Immunopräzipitation konnte nachgewiesen werden, dass DMF transkriptionsverstärkende Acetylierungen der Il17a Promotor und Il17a Enhancer-5-Regionen reduziert. Diese klinischen, in vivo und in vitro gesammelten Daten legen nahe, dass DMF als ein Repressor der IL-17-vermittelten Entzündungsreaktion des Zentralnervensystems agiert. Die von der DMF-Therapie erwirkten metabolischen und epigenetischen Modifikationen und Veränderungen intrazellulärer Signalwege in Tc17-Zellen führen zu einer Phänotyp Veränderung hin zu CTLs. Dies führt zu einem Verlust des durch IL-17 vermittelten „Immune Crosstalks“ zwischen Th17 und Tc17 Zellen in MS-Läsionen. Die Ergebnisse wurden in “IL-17+ CD8+ T cell suppression by dimethyl fumarate associates with clinical response in multiple sclerosis” in Nature Communications veröffentlicht. Das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) ist histologisch betrachtet ein solider Tumor mit desmoplastischer Mikroumgebung (TME), mit bis zu 80% Stromaanteil. Dies sind vornehmlich tumor-assoziierte Fibroblasten (CAFs). CAFs lassen sich im PDAC-TME in verschiedene Subtypen klassifizieren, induziert durch zwei sich gegenseitig ausschließende Signalwege: 1. Myofibroblastische Tumor-assoziierte Fibroblasten (myCAF), durch TGF-b induziert, involviert in Verkapselung und Tumor-restriktion. 2. Inflammatorische, Tumor-assoziierte Fibroblasten (iCAF), induziert durch IL-1b und den Jak/STAT Signalweg, involviert in Sekretion von pro-Inflammatorischen, Tumor-fördernden Zytokinen. Zudem werden sowohl CD4+ als auch CD8+ tumorinfiltrierende T-Lymphozyten (TILs) im PDAC-TME gefunden. Die IL-17-vermittelte PanIN-Entstehung im Kontext von KRAS-mutierten Epithelzellen wurde bereits gezeigt. Im Rahmen dieser Dissertation wird die Rolle von Tc17 T-Lymphozyten als IL-17 produzierende TILs im PDAC Kontext untersucht. Hierzu wurden Analysen von Frischgewebe aus primären PDAC Patientenproben, histologische und klinische Analysen einer Patientenkohorte, in vitro und murine in vivo Modelle verwendet. Die histologische Analyse aus Tumor-Resektionen von 112 PDAC-Patienten zeigte CD8+ IL-17+ tumorinfiltrierende T-Lymphozyten (TIL) im PDAC TME. Es zeigte sich eine signifikant negative Korrelation zwischen der Tc17-Gesamtzahl sowie dem Tc17-Anteil innerhalb der CD8+ TILs und der Überlebenswahrscheinlichkeit der Patienten. Im murinen, kongenen Allograft-Modell zeigte sich ein positiver Einfluss exogen zugeführter Tc17-Zellen auf Tumorwachstum und Frequenz endogener IL-17+ CD8+ T-Lymphozyten. In muriner und humaner in vitro 3D-Kultur konnte aber kein Einfluss von IL-17 auf das Tumorzellwachstum nachgewiesen werden. In vitro Versuche mit Tc17-Überständen und Pankreassternzellen (qPSC, CAF-Vorläufer) zeigten den iCAF-Phänotyp induzierenden Einfluss von IL-17A und IL-17F auf qPSCs, nachgewiesen durch FACS und qPCR. In murinen, immun defizienten, subkutanen Tumordellen zeigte sich der signifikante, Tumorwachstum fördernde Effekt von Tc17-getriebenen iCAFs gegenüber myCAFs und qPSCs. Ebenso konnte der iCAF Phänotyp in vivo im subkutanen Tumormodell in Wildtyp-Mäusen durch Tc17-Ko-Injektion induziert werden, einhergehend mit signifikant höherer Tumorlast gegenüber Ko-Injektionen mit Tc17-Zellen generiert aus Il17A/F-/- Knockout-Mäusen, indikativ für den iCAF-Phänotyp induzierenden, indirekt tumorfördernden Einfluss von Tc17-Zellen. Die RNA-Sequenzierung von Tumorzellen aus Ko-Kultur mit Tc17-iCAFs, TGF-b-myCAFs und qPSCs identifizierte 1400 differentiell exprimierte Gene. Die Gene Ontology-Analyse mittels GSEA zeigte den positiven Einfluss auf Proliferation, Extrazelluläre Matrix Organisation, Zelladhäsion, Energiestoffwechsel, Cholesterol-Biosynthese und negative Regulation extrinsischer Apoptose Signale in Tumorzellen durch Tc17-induzierte iCAFs. Die identifizierten mRNA-Signaturen korrelierten zudem positiv mit mRNA-Signaturen humaner Pankreastumore, indikativ für einen möglichen Einfluss von durch Tc17 induzierte iCAFs im humanen PDAC. Die Ergebnisse sind zur Veröffentlichung “IL-17-producing CD8 + T cells promote PDAC via induction of inflammatory cancer-associated fibroblasts” in GUT vorgesehen.
Physical Description:151 Pages
DOI:10.17192/z2022.0310