Interaktionen von dendritischen Zellen und Effektorzellen der frühen antitumoralen Immunabwehr

In den letzten Jahren ergaben sich vermehrt Hinweise, dass dendritische Zellen (DCs) zu einer Stimulation von Natürlichen „Killer“ (NK)-Zellen in der Lage sind, die als zytotoxische Effektorzellen des angeborenen Immunsystems Tumorzellen eliminieren. Aus diesem Grund bestand ein wesentliches Ziel dieser Arbeit in der Analyse der Wechselwirkungen zwischen nativen DCs und NK-Zellen. Dazu wurden slanDCs verwendet, welche die größte DC-Subpopulation des Blutes repräsentieren. Zunächst wurde evaluiert, ob slanDCs eine effiziente Aktivierung von NK-Zellen bewirken. Als ein Ergebnis zeigte sich, dass Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierte slanDCs sowohl zu einer verstärkten Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf der Oberfläche von NK-Zellen als auch zur Induktion der NK-Zell-Proliferation führen. Darüber hinaus wurde erstmals die slanDC-abhängige Erhöhung der Expression von aktivierenden Rezeptoren (NKp46, NKp44, NKp30) und Korezeptoren (2B4, DNAM-1) auf NK-Zellen demonstriert, welche essentiell für die NK-Zell-vermittelte Erkennung und Lyse von Tumorzellen sind. In weiteren Untersuchungen induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine erhebliche Produktion von Interferon (IFN)-gamma in NK-Zellen, welches proliferationshemmend auf Tumorzellen und aktivierend auf T-Lymphozyten wirkt. Funktionelle Analysen ergaben, dass aktivierte slanDCs das zytotoxische Potential von NK-Zellen gegenüber der Tumorzelllinie K-562 deutlich verstärken. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten die herausragende Bedeutung von IL-12, das sowohl die Steigerung der IFN-gamma-Sekretion als auch die Zunahme der zytolytischen Aktivität von NK-Zellen induzierte. Darüber hinaus konnte erstmals gezeigt werden, dass LPS-aktivierte slanDCs eine Zytotoxizität von NK-Zellen gegenüber frisch etablierten Blasten von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie induzieren. In weiteren Untersuchungen wurde evaluiert, ob NK-Zellen ihrerseits die immunstimulatorischen Eigenschaften von slanDCs beeinflussen. Die Analysen zeigten erstmals, dass unstimulierte NK-Zellen die Expression von MHC-Klasse II-Molekülen, kostimulatorischen Molekülen und Adhäsionsmolekülen auf slanDCs deutlich erhöhen und somit ihre Fähigkeit zur Aktivierung von CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+ T-Helferzellen fördern. NK-Zellen führen ebenfalls zu einer deutlichen Verstärkung der Produktion von IL-12 durch LPS-stimulierte slanDCs. Darüber hinaus zeigte sich, dass NK-Zellen die Sekretion des immunsuppressiven Zytokins IL-10 durch LPS-stimulierte slanDCs reduzieren. In weiteren Analysen wurde demonstriert, dass die Interaktionen mit NK Zellen die Fähigkeit von LPS-aktivierten slanDCs zur Programmierung naiver CD4+ T-Lymphozyten in IFN-gamma-produzierende T-Helfer-1-Zellen deutlich verstärken. Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass stimulierte slanDCs und NK-Zellen in der Lage sind, sich wechselseitig zu aktivieren. NKT-Zellen repräsentieren eine weitere bedeutende Effektorzellpopulation der frühen antitumoralen Immunabwehr, die durch Sekretion von Zytokinen und ein ausgeprägtes zytolytisches Potential zur Elimination von Tumorzellen beiträgt. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Wechselwirkungen zwischen slanDCs und NKT-Zellen analysiert. Dabei verstärkten LPS-stimulierte slanDCs die Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf NKT-Zellen. Darüber hinaus induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine deutliche IFN-gamma-Produktion in NKT-Zellen, wobei erneut die zentrale Rolle von IL-12 gezeigt wurde. Diese Ergebnisse demonstrierten, dass stimulierte slanDCs zu einer effektiven Aktivierung von NKT Zellen in der Lage sind. In abschließenden Untersuchungen wurde die Wirkung von NKT-Zellen auf slanDCs evaluiert. Dabei verstärkten NKT-Zellen die Maturierung von slanDCs erheblich und führten zu einer signifikanten Steigerung der IL-12-Produktion sowie zu einer Reduktion der IL-10-Freisetzung in Abhängigkeit von IFN-gamma. Die gewonnenen Daten demonstrierten, dass NKT-Zellen und slanDCs zu einer gegenseitigen Aktivierung befähigt sind. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse zu den Interaktionen von slanDCs und NK- bzw. NKT-Zellen können einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Immunabwehr von Tumoren leisten und die Konzeption neuer antitumoraler Therapiestrategien unterstützen

Repeated lipoprotein apheresis and immune response: Effects on different immune cell populations

BACKGROUND Atherosclerosis is considered a chronic inflammation of arterial vessels with the involvement of several immune cells causing severe cardiovascular diseases. Lipoprotein apheresis (LA) improves cardiovascular conditions of patients with severely disturbed lipid metabolism. In this context, little is known about the impact of LA on various immune cell populations, especially over time. METHODS Immune cells of 18 LA-naïve patients starting weekly LA treatment were analyzed before and after four apheresis cycles over the course of 24 weeks by flow cytometry. RESULTS AND CONCLUSIONS An acute lowering effect of LA on T cell and natural killer (NK) cell subpopulations expressing CD69 was observed. The non-classical and intermediate monocyte subsets as well as HLA-DR$^{+}$ 6-sulfo LacNAc$^{+}$ monocytes were significantly reduced during the apheresis procedure. We conclude that LA has the capacity to alter various immune cell subsets. However, LA has mainly short-term effects than long-term consequences on proportions of immune cells

Dendritic Cell-Based Immunotherapy for Prostate Cancer

Dendritic cells (DCs) are professional antigen-presenting cells (APCs), which display an extraordinary capacity to induce, sustain, and regulate T-cell responses providing the opportunity of DC-based cancer vaccination strategies. Thus, clinical trials enrolling prostate cancer patients were conducted, which were based on the administration of DCs loaded with tumor-associated antigens. These clinical trials revealed that DC-based immunotherapeutic strategies represent safe and feasible concepts for the induction of immunological and clinical responses in prostate cancer patients. In this context, the administration of the vaccine sipuleucel-T consisting of autologous peripheral blood mononuclear cells including APCs, which were pre-exposed in vitro to the fusion protein PA2024, resulted in a prolonged overall survival among patients with metastatic castration-resistent prostate cancer. In April 2010, sipuleucel-T was approved by the United States Food and Drug Administration for prostate cancer therapy

The Evolving Landscape of Biomarkers for Anti-PD-1 or Anti-PD-L1 Therapy

The administration of antibodies blocking the immune checkpoint molecules programmed cell death protein 1 (PD-1) or programmed cell death 1 ligand 1 (PD-L1) has evolved as a very promising treatment option for cancer patients. PD-1/PD-L1 inhibition has significantly enhanced expansion, cytokine secretion, and cytotoxic activity of CD4+ and CD8+ T lymphocytes, resulting in enhanced antitumor responses. Anti-PD-1 or anti-PD-L1 therapy has induced tumor regression and improved clinical outcome in patients with different tumor entities, including melanoma, non-small-cell lung cancer, and renal cell carcinoma. These findings led to the approval of various anti-PD-1 or anti-PD-L1 antibodies for the treatment of tumor patients. However, the majority of patients have failed to respond to this treatment modality. Comprehensive immune monitoring of clinical trials led to the identification of potential biomarkers distinguishing between responders and non-responders, the discovery of modes of treatment resistance, and the design of improved immunotherapeutic strategies. In this review article, we summarize the evolving landscape of biomarkers for anti-PD-1 or anti-PD-L1 therapy

Type I conventional dendritic cells and CD8+ T cells predict favorable clinical outcome of head and neck squamous cell carcinoma patients

Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is one of the most common tumor entities worldwide, with human papillomavirus (HPV) infection contributing to cancer development. Conventional therapies achieve only limited efficiency, especially in recurrent or metastatic HNSCC. As the immune landscape decisively impacts the survival of patients and treatment efficacy, this study comprehensively investigated the immunological tumor microenvironment (TME) and its association with patient outcome, with special focus on several dendritic cell (DC) and T lymphocyte subpopulations. Therefore, formalin-fixed paraffin-embedded tumor samples of 56 HNSCC patients, who have undergone resection and adjuvant radiotherapy, were analyzed by multiplex immunohistochemistry focusing on the detailed phenotypic characterization and spatial distribution of DCs, CD8+ T cells, and T-helper cell subsets in different tumor compartments. Immune cell densities and proportions were correlated with clinical characteristics of the whole HNSCC cohort and different HPV- or hypoxia-associated subcohorts. Tumor stroma was highly infiltrated by plasmacytoid DCs and T lymphocytes. Among the T-helper cells and CD8+ T cells, stromal regulatory T cells and intraepithelial exhausted CD8+ T cells expressing programmed cell death protein-1 (PD-1+) and/or lymphocyte-activation gene-3 (LAG-3+) were the predominant phenotypes, indicating an immunosuppressive TME. HPV-associated tumors showed significantly higher infiltration of type I and type II conventional DCs (cDC1, cDC2) as well as several CD8+ T cell phenotypes including exhausted, activated, and proliferating T cells. On the contrary, tumors with hypoxia-associated gene signatures exhibited reduced infiltration for these immune cells. By multivariate Cox regression, immune-related prognostic factors were identified. Patient clusters defined by high infiltration of DCs and T lymphocytes combined with HPV positivity or low hypoxia showed significantly prolonged survival. Thereby, cDC1 and CD8+ T cells emerged as independent prognostic factors for local and distant recurrence. These results might contribute to the implementation of an immune cell infiltration score predicting HNSCC patients’ survival and such patient stratification might improve the design of future individualized radiochemo-(immuno)therapies

Impact of p38 mitogen-activated protein kinase inhibition on immunostimulatory properties of human 6-sulfo LacNAc dendritic cells

p38 Mitogen-activated protein kinase (MAPK) plays a crucial role in the induction and regulation of innate and adaptive immunity. Furthermore, p38 MAPK can promote tumor invasion, metastasis, and angiogenesis. Based on these properties, p38 MAPK inhibitors emerged as interesting candidates for the treatment of immune-mediated disorders and cancer. However, the majority of p38 MAPK inhibitor-based clinical trials failed due to poor efficacy or toxicity. Further studies investigating the influence of p38 MAPK inhibitors on immunomodulatory capabilities of human immune cells may improve their therapeutic potential. Here, we explored the impact of the p38 MAPK inhibitor SB203580 on the pro-inflammatory properties of native human 6-sulfo LacNAc dendritic cells (slanDCs). SB203580 did not modulate maturation of slanDCs and their capacity to promote T-cell proliferation. However, SB203580 significantly reduced the production of pro-inflammatory cytokines by activated slanDCs. Moreover, inhibition of p38 MAPK impaired the ability of slanDCs to differentiate naïve CD4(+) T cells into T helper 1 cells and to stimulate interferon-γ secretion by natural killer cells. These results provide evidence that SB203580 significantly inhibits various important immunostimulatory properties of slanDCs. This may have implications for the design of p38 MAPK inhibitor-based treatment strategies for immune-mediated disorders and cancer

A Novel Modular Antigen Delivery System for Immuno Targeting of Human 6-sulfo LacNAc-Positive Blood Dendritic Cells (SlanDCs)

Previously, we identified a major myeloid-derived proinflammatory subpopulation of human blood dendritic cells which we termed slanDCs (e.g. Schäkel et al. (2006) Immunity 24, 767-777). The slan epitope is an O-linked sugar modification (6-sulfo LacNAc, slan) of P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1). As slanDCs can induce neoantigen-specific CD4+ T cells and tumor-reactive CD8+ cytotoxic T cells, they appear as promising targets for an in vivo delivery of antigens for vaccination. However, tools for delivery of antigens to slanDCs were not available until now. Moreover, it is unknown whether or not antigens delivered via the slan epitope can be taken up, properly processed and presented by slanDCs to T cells.Single chain fragment variables were prepared from presently available decavalent monoclonal anti-slan IgM antibodies but failed to bind to slanDCs. Therefore, a novel multivalent anti-slanDC scaffold was developed which consists of two components: (i) a single chain bispecific recombinant diabody (scBsDb) that is directed on the one hand to the slan epitope and on the other hand to a novel peptide epitope tag, and (ii) modular (antigen-containing) linker peptides that are flanked at both their termini with at least one peptide epitope tag. Delivery of a Tetanus Toxin-derived antigen to slanDCs via such a scBsDb/antigen scaffold allowed us to recall autologous Tetanus-specific memory T cells.In summary our data show that (i) the slan epitope can be used for delivery of antigens to this class of human-specific DCs, and (ii) antigens bound to the slan epitope can be taken up by slanDCs, processed and presented to T cells. Consequently, our novel modular scaffold system may be useful for the development of human vaccines

Interaktionen von dendritischen Zellen und Effektorzellen der frühen antitumoralen Immunabwehr

In den letzten Jahren ergaben sich vermehrt Hinweise, dass dendritische Zellen (DCs) zu einer Stimulation von Natürlichen „Killer“ (NK)-Zellen in der Lage sind, die als zytotoxische Effektorzellen des angeborenen Immunsystems Tumorzellen eliminieren. Aus diesem Grund bestand ein wesentliches Ziel dieser Arbeit in der Analyse der Wechselwirkungen zwischen nativen DCs und NK-Zellen. Dazu wurden slanDCs verwendet, welche die größte DC-Subpopulation des Blutes repräsentieren. Zunächst wurde evaluiert, ob slanDCs eine effiziente Aktivierung von NK-Zellen bewirken. Als ein Ergebnis zeigte sich, dass Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierte slanDCs sowohl zu einer verstärkten Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf der Oberfläche von NK-Zellen als auch zur Induktion der NK-Zell-Proliferation führen. Darüber hinaus wurde erstmals die slanDC-abhängige Erhöhung der Expression von aktivierenden Rezeptoren (NKp46, NKp44, NKp30) und Korezeptoren (2B4, DNAM-1) auf NK-Zellen demonstriert, welche essentiell für die NK-Zell-vermittelte Erkennung und Lyse von Tumorzellen sind. In weiteren Untersuchungen induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine erhebliche Produktion von Interferon (IFN)-gamma in NK-Zellen, welches proliferationshemmend auf Tumorzellen und aktivierend auf T-Lymphozyten wirkt. Funktionelle Analysen ergaben, dass aktivierte slanDCs das zytotoxische Potential von NK-Zellen gegenüber der Tumorzelllinie K-562 deutlich verstärken. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten die herausragende Bedeutung von IL-12, das sowohl die Steigerung der IFN-gamma-Sekretion als auch die Zunahme der zytolytischen Aktivität von NK-Zellen induzierte. Darüber hinaus konnte erstmals gezeigt werden, dass LPS-aktivierte slanDCs eine Zytotoxizität von NK-Zellen gegenüber frisch etablierten Blasten von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie induzieren. In weiteren Untersuchungen wurde evaluiert, ob NK-Zellen ihrerseits die immunstimulatorischen Eigenschaften von slanDCs beeinflussen. Die Analysen zeigten erstmals, dass unstimulierte NK-Zellen die Expression von MHC-Klasse II-Molekülen, kostimulatorischen Molekülen und Adhäsionsmolekülen auf slanDCs deutlich erhöhen und somit ihre Fähigkeit zur Aktivierung von CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+ T-Helferzellen fördern. NK-Zellen führen ebenfalls zu einer deutlichen Verstärkung der Produktion von IL-12 durch LPS-stimulierte slanDCs. Darüber hinaus zeigte sich, dass NK-Zellen die Sekretion des immunsuppressiven Zytokins IL-10 durch LPS-stimulierte slanDCs reduzieren. In weiteren Analysen wurde demonstriert, dass die Interaktionen mit NK Zellen die Fähigkeit von LPS-aktivierten slanDCs zur Programmierung naiver CD4+ T-Lymphozyten in IFN-gamma-produzierende T-Helfer-1-Zellen deutlich verstärken. Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass stimulierte slanDCs und NK-Zellen in der Lage sind, sich wechselseitig zu aktivieren. NKT-Zellen repräsentieren eine weitere bedeutende Effektorzellpopulation der frühen antitumoralen Immunabwehr, die durch Sekretion von Zytokinen und ein ausgeprägtes zytolytisches Potential zur Elimination von Tumorzellen beiträgt. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Wechselwirkungen zwischen slanDCs und NKT-Zellen analysiert. Dabei verstärkten LPS-stimulierte slanDCs die Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf NKT-Zellen. Darüber hinaus induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine deutliche IFN-gamma-Produktion in NKT-Zellen, wobei erneut die zentrale Rolle von IL-12 gezeigt wurde. Diese Ergebnisse demonstrierten, dass stimulierte slanDCs zu einer effektiven Aktivierung von NKT Zellen in der Lage sind. In abschließenden Untersuchungen wurde die Wirkung von NKT-Zellen auf slanDCs evaluiert. Dabei verstärkten NKT-Zellen die Maturierung von slanDCs erheblich und führten zu einer signifikanten Steigerung der IL-12-Produktion sowie zu einer Reduktion der IL-10-Freisetzung in Abhängigkeit von IFN-gamma. Die gewonnenen Daten demonstrierten, dass NKT-Zellen und slanDCs zu einer gegenseitigen Aktivierung befähigt sind. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse zu den Interaktionen von slanDCs und NK- bzw. NKT-Zellen können einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Immunabwehr von Tumoren leisten und die Konzeption neuer antitumoraler Therapiestrategien unterstützen

Interaktionen von dendritischen Zellen und Effektorzellen der frühen antitumoralen Immunabwehr

In den letzten Jahren ergaben sich vermehrt Hinweise, dass dendritische Zellen (DCs) zu einer Stimulation von Natürlichen „Killer“ (NK)-Zellen in der Lage sind, die als zytotoxische Effektorzellen des angeborenen Immunsystems Tumorzellen eliminieren. Aus diesem Grund bestand ein wesentliches Ziel dieser Arbeit in der Analyse der Wechselwirkungen zwischen nativen DCs und NK-Zellen. Dazu wurden slanDCs verwendet, welche die größte DC-Subpopulation des Blutes repräsentieren. Zunächst wurde evaluiert, ob slanDCs eine effiziente Aktivierung von NK-Zellen bewirken. Als ein Ergebnis zeigte sich, dass Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierte slanDCs sowohl zu einer verstärkten Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf der Oberfläche von NK-Zellen als auch zur Induktion der NK-Zell-Proliferation führen. Darüber hinaus wurde erstmals die slanDC-abhängige Erhöhung der Expression von aktivierenden Rezeptoren (NKp46, NKp44, NKp30) und Korezeptoren (2B4, DNAM-1) auf NK-Zellen demonstriert, welche essentiell für die NK-Zell-vermittelte Erkennung und Lyse von Tumorzellen sind. In weiteren Untersuchungen induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine erhebliche Produktion von Interferon (IFN)-gamma in NK-Zellen, welches proliferationshemmend auf Tumorzellen und aktivierend auf T-Lymphozyten wirkt. Funktionelle Analysen ergaben, dass aktivierte slanDCs das zytotoxische Potential von NK-Zellen gegenüber der Tumorzelllinie K-562 deutlich verstärken. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten die herausragende Bedeutung von IL-12, das sowohl die Steigerung der IFN-gamma-Sekretion als auch die Zunahme der zytolytischen Aktivität von NK-Zellen induzierte. Darüber hinaus konnte erstmals gezeigt werden, dass LPS-aktivierte slanDCs eine Zytotoxizität von NK-Zellen gegenüber frisch etablierten Blasten von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie induzieren. In weiteren Untersuchungen wurde evaluiert, ob NK-Zellen ihrerseits die immunstimulatorischen Eigenschaften von slanDCs beeinflussen. Die Analysen zeigten erstmals, dass unstimulierte NK-Zellen die Expression von MHC-Klasse II-Molekülen, kostimulatorischen Molekülen und Adhäsionsmolekülen auf slanDCs deutlich erhöhen und somit ihre Fähigkeit zur Aktivierung von CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+ T-Helferzellen fördern. NK-Zellen führen ebenfalls zu einer deutlichen Verstärkung der Produktion von IL-12 durch LPS-stimulierte slanDCs. Darüber hinaus zeigte sich, dass NK-Zellen die Sekretion des immunsuppressiven Zytokins IL-10 durch LPS-stimulierte slanDCs reduzieren. In weiteren Analysen wurde demonstriert, dass die Interaktionen mit NK Zellen die Fähigkeit von LPS-aktivierten slanDCs zur Programmierung naiver CD4+ T-Lymphozyten in IFN-gamma-produzierende T-Helfer-1-Zellen deutlich verstärken. Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass stimulierte slanDCs und NK-Zellen in der Lage sind, sich wechselseitig zu aktivieren. NKT-Zellen repräsentieren eine weitere bedeutende Effektorzellpopulation der frühen antitumoralen Immunabwehr, die durch Sekretion von Zytokinen und ein ausgeprägtes zytolytisches Potential zur Elimination von Tumorzellen beiträgt. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Wechselwirkungen zwischen slanDCs und NKT-Zellen analysiert. Dabei verstärkten LPS-stimulierte slanDCs die Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf NKT-Zellen. Darüber hinaus induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine deutliche IFN-gamma-Produktion in NKT-Zellen, wobei erneut die zentrale Rolle von IL-12 gezeigt wurde. Diese Ergebnisse demonstrierten, dass stimulierte slanDCs zu einer effektiven Aktivierung von NKT Zellen in der Lage sind. In abschließenden Untersuchungen wurde die Wirkung von NKT-Zellen auf slanDCs evaluiert. Dabei verstärkten NKT-Zellen die Maturierung von slanDCs erheblich und führten zu einer signifikanten Steigerung der IL-12-Produktion sowie zu einer Reduktion der IL-10-Freisetzung in Abhängigkeit von IFN-gamma. Die gewonnenen Daten demonstrierten, dass NKT-Zellen und slanDCs zu einer gegenseitigen Aktivierung befähigt sind. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse zu den Interaktionen von slanDCs und NK- bzw. NKT-Zellen können einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Immunabwehr von Tumoren leisten und die Konzeption neuer antitumoraler Therapiestrategien unterstützen