TRAIL-dependent apoptosis of human peritoneal mesothelial cells by activated NK cells promotes ovarian cancer cell invasion in vitro

Die transcoelomische Dissemination von Tumorzellen über die maligne peritoneale Flüssigkeit (Aszites) erfolgt schon in einem frühen Stadium des hochgradig serösen Ovarialkarzinoms. Während des Fortschreitens der Erkrankung entwickeln sich große Mengen Aszites, welche eine typische Charakteristik der Tumormikroumgebung darstellt. Im Aszites sind lösliche Faktoren und verschiedene Zellarten, unter anderem Immunzellen, enthalten, welche die Metastasierung prioritär in das Omentum fördern. Der exakte Mechanismus der peritonealen Invasion des hochgradig serösen Ovarialkarzinoms ist bis heute weitestgehend unerforscht. Das Omentum, sowie weitere Organe des Peritoneums, sind von einer Mesothelzellschicht bedeckt, welche eine protektive Barriere darstellt und somit Tumorinvasion verhindern soll. Es werden verschiedene Mechanismen diskutiert, wie die Tumorzellen die protektive Schutzschicht des Peritoneums überwinden und invadieren. Eine verstärke Apoptoseinduktion in Mesothelzellen wurde unter Inflammation und Malignität beobachtet. Wir konnten als erstes zeigen, dass Apoptose in Mesothelzellen durch Tumor-assoziierte Lymphozyten in der Tumormikroumgebung des Ovarialkarzinoms induziert wird. Hierbei identifizierten wir NK-Zellen als Haupteffektorpopulation, welche die mesotheliale Barriere in vitro beseitigen können. Für eine effiziente Stimulation der NK-Zell-Zytotoxizität waren lösliche Mediatoren, die von aktivierten T-Zellen sekretiert wurden, essentiell. Durch die Verwendung eines neutralisierenden anti-TRAIL Antikörpers konnten wir eine TRAIL-vermittelte Apoptoseinduktion in Mesothelzellen aus dem Omentum als zentralen Mechanismus der NK-Zell-Zytotoxizität identifizieren. Darüber hinaus wurde die TRAIL Expression auf der NK-Zellmembran durch die Stimulation mit T-Zell-sekretierten Mediatoren hochreguliert, während die korrespondierenden TRAIL-Rezeptoren, DR4 und DR5, auf den Mesothelzellen ebenfalls deutlich exprimiert sind. Im Gegensatz dazu konnte kein signifikanter Einfluss des Fas/FasL Signalweges festgestellt werden. Auch eine direkte Beteiligung zytotoxischer Zytokine wie TNFα und IFNγ konnten vernachlässigt werden. Obwohl Granzym B/Perforin Apoptose in Mesothelzellen induzieren, wurde dies durch die immunsuppressive Aszites komplett blockiert, weshalb dieser Signalweg in unserem System keine wichtige Rolle zu spielen scheint. Um die verantwortlichen T-Zell-sekretierten Mediatoren zu identifizieren, wurde eine auf Affinitätsproteomik-basierende Analyse (Olink) der unstimulierten und stimulierten T-Zell-Sekretome durchgeführt. Interessanterweise identifizierten wir hierbei ein zuvor unbekanntes Sekretom-basiertes Netzwerk zwischen Aszites-assoziierten T- und NK-Zellen, wobei vor allem T-Zell-sekretiertes TNFα zur verstärkten TRAIL-Expression auf NK-Zellen führt. Dies konnte mittels „Gain-of-Function“ und „Loss-of-Function“ Versuche demonstriert werden. Eine eher untergeordnete Rolle wurde weiteren T-Zell-sekretierten Zytokinen – IL-2, IL-21 und IFNγ – zugesprochen, die ebenfalls mit NK-Zell-Aktivierung und TRAIL-Signalwegen assoziiert sind. Eventuell kooperieren diese Zytokine mit TNFα, um das zytotoxische Potential von NK-Zellen zu aktivieren. Wir konnten zeigen, dass primäre Tumorzellen resistent gegen TRAIL-vermittelte Apoptose waren, was mit einer verminderten Expression der TRAIL-Rezeptoren assoziiert war. Gleichermaßen wurde aus vergleichenden Analysen mit Mesothelzellen aus Patientinnen mit benignen gynäkologischen Erkrankungen ersichtlich, dass diese generell weniger anfällig gegenüber NK-Zell-induzierter Apoptose und darüber hinaus resistent gegenüber TRAIL waren. Grund hierfür könnte sein, dass DR4 auf diesen Mesothelzellen geringer exprimiert ist. Eventuell könnten Aszites-assoziierte Faktoren im Tumormilieu dafür verantwortlich sein, die Mesothelzellen gegenüber TRAIL zu sensibilisieren und dadurch indirekt die Tumorimplantation fördern. Ein kausaler Zusammenhang zwischen der TRAIL-vermittelten Zerstörung des Mesothels durch NK-Zellen und verstärkter Tumorzellinvasion konnte in vitro durch transmesotheliale Invasionsversuche bestätigt werden. Zuletzt lassen diese Beobachtungen zusammen mit immunhistologischen Färbungen von Patienten-Proben eine klinische Relevanz vermuten. In Gewebeschnitten konnte ein Verlust des Mesothels in unmittelbarere Nähe früher Metastasen, sowie apoptotische Mesothelzellen im Aszites nachgewiesen werden. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass NK-Zellen, nach Aktivierung durch T-Zellen, vor allem über die Sekretion von TNFα, eine wichtige Rolle in dem Metastasierungsprozess des hochgradig serösen Ovarialkarzinoms spielen, indem sie in der Tumormikroumgebung selektiv die protektive Mesothelzellschicht über einen TRAIL-vermittelten Mechanismus zerstören und somit die Tumorinvasion begünstigen.