A novel role for granzymes in anti-tumor immunity

The cytotoxic properties of granzymes are well established, though recent publications suggest additional roles for granzymes in immunity. We demonstrated that granzymes can act as regulators of cross-presentation by dendritic cells by inducing critical “eat-me” signals on the dying tumor cell, resulting in efficient phagocytosis of cell-associated tumor antigen

T Cell Cancer Therapy Requires CD40-CD40L Activation of Tumor Necrosis Factor and Inducible Nitric-Oxide-Synthase-Producing Dendritic Cells

Effective cancer immunotherapy requires overcoming immunosuppressive tumor microenvironments. We\ua0found that local nitric oxide (NO) production by tumor-infiltrating myeloid cells is important for adoptively transferred CD8(+) cytotoxic T\ua0cells to destroy tumors. These myeloid cells are phenotypically similar to inducible nitric oxide synthase (NOS2)- and tumor necrosis factor (TNF)-producing dendritic cells (DC), or Tip-DCs. Depletion of immunosuppressive, colony stimulating factor 1 receptor (CSF-1R)-dependent arginase 1(+) myeloid cells enhanced NO-dependent tumor killing. Tumor elimination via NOS2 required the CD40-CD40L pathway. We also uncovered a strong correlation between survival of colorectal cancer patients and NOS2, CD40, and TNF expression in their tumors. Our results identify a network of pro-tumor factors that can be targeted to boost cancer immunotherapies

Fas Ligand-exprimierende humane dendritische Zellen zur Induktion von T-Zelltoleranz: Phänotypische und funktionelle Charakterisierung

Die Aktivierung auto- oder alloreaktiver T-Zellen durch DC gilt als wesentlicher pathogenetischer Schritt zahlreicher Autoimmunerkrankungen bzw. Transplantat-Abstoßungsreaktionen. Die Therapieoptionen bei diesen T-zellabhängigen Erkrankungen beschränken sich bisher auf die Gabe von unspezifisch wirkenden Immunsuppressiva, die das Immunsystem generell unterdrücken und deshalb zum Teil schwere Nebenwirkungen wie opportunistische Infektionen oder Tumorerkrankungen verursachen können. Wünschenswert wäre dagegen die selektive Ausschaltung reaktiver T-Lymphozyten, d. h. die Induktion einer antigenspezifischen T-Zelltoleranz. In zahlreichen Tiermodellen und in vitro Experimenten mit Zelllinien konnte gezeigt werden, dass der Einsatz Fas Ligand- (FasL- oder CD95L-) exprimierender antigenpräsentierender Zellen (APC-FasL) eine vielversprechende Therapieoption darstellt. Ähnliche Untersuchungen mit primären humanen APC-FasL wurden bisher jedoch noch nicht durchgeführt. Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb die Generierung humaner FasL-exprimierender APC durch adenoviralen Gentransfer und die Analyse der immunregulatorischen Funktionen dieser Zellen. Hierzu wurden DC aus primären humanen Monozyten in vitro differenziert und in Kokultivierungsexperimenten mit T-Lymphozyten eingesetzt. Wegen der schlechten Vermehrungseffizienz adenoviraler Vektoren, die apoptoseinduzierende Gene kodieren, wurden Vektorkonstrukte verwendet, die eine induzierbare FasL-Expression unter Kontrolle des Cre/loxP-Vektorsystems ermöglichten. Durch die Expression des FasL-Gens wurden unreife DC durch Fas-vermittelte Apoptose ausgeschaltet, während reife DC (mDC) davor geschützt waren. Die adenovirale Transduktion der DC mit dem Kontrollvektor AdEGFP oder mit FasL (mDC-FasL) verursachte keine Änderung des DC-Phänotyps. Die Funktionalität der mDC-FasL wurde in verschiedenen Kokultivierungsmodellen mit T-Zellen getestet. Zunächst wurden Fas-exprimierende Jurkat T-Zellen verwendet, die durch mDC-FasL besonders effizient eliminiert werden konnten. Die Apoptoseinduktion war abhängig vom Zellkontakt und konnte durch einen FasL-blockierenden Antikörper konzentrationsabhängig unterbunden werden. Untersuchungen mit primären humanen T-Lymphozyten zeigten, dass diese erst nach Aktivierung durch mDC-FasL eliminiert werden konnten, während ruhende T-Lymphozyten vor dem Apoptosesignal geschützt waren. Dabei wurde in polyklonal aktivierten CD4+ und CD8+ T-Zellen gleichermaßen Apoptose induziert. In einem allogenen Stimulationsmodell wurde gezeigt, dass mDC-FasL ebenfalls allogen aktivierte T-Zellen effizient eliminieren konnten. Ein Ausblick auf weitere Untersuchungen von mDC-FasL in einem autologen System zur antigenspezifischen Deletion von T-Lymphozyten wurde dargestellt und die Vorteile und Risiken des Einsatzes von mDC-FasL als potenzielle Therapieoption T-zellabhängiger Erkrankungen diskutiert

The Tumor Milieu Promotes Functional Human Tumor-Resident Plasmacytoid Dendritic Cells in Humanized Mouse Models

Particular interest to harness the innate immune system for cancer immunotherapy is fueled by limitations of immune checkpoint blockade. Plasmacytoid dendritic cells (pDC) are detected in a variety of solid tumors and correlate with poor clinical outcome. Release of type I interferons in response to toll-like-receptor (TLR)7 and TLR9 activation is the pDC hallmark. Mouse and human pDC differ substantially in their biology concerning surface marker expression and cytokine production. Here, we employed humanized mouse models (HIS) to study pDC function. We performed a comprehensive characterization of transgenic, myeloid-enhanced mouse strains (NOG-EXL and NSG-SGM3) expressing human interleukin-3 (hIL-3) and granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) using identical humanization protocols. Only in HIS-NOG-EXL mice sufficient pDC infiltration was detectable. Therefore, we selected this strain for subsequent tumor studies. We analyzed pDC frequency in peripheral blood and tumors by comparing HIS-NOG-EXL with HIS-NOG mice bearing three different ovarian and breast tumors. Despite the substantially increased pDC numbers in peripheral blood of HIS-NOG-EXL mice, we detected TLR7/8 agonist responsive and thus functional pDCs only in certain tumor models independent of the mouse strain employed. However, HIS-NOG-EXL mice showed in general a superior humanization phenotype characterized by reconstitution of different myeloid subsets, NK cells and B cells producing physiologic IgG levels. Hence, we provide first evidence that the tumor milieu but not genetically introduced cytokines defines intratumoral (i.t.) frequencies of the rare pDC subset. This study provides model systems to investigate in vivo pro- and anti-tumoral human pDC functions

Tumor-derived lactic acid modulates dendritic cell activation and antigen expression

The tumor milieu can influence dendritic cell (DC) differentiation. We analyzed DC differentiation in a 3-dimensional tumor model and propose a new mechanism of DC modulation by the tumor environment. Monocytes were cultured in the presence of IL-4 and GM-CSF within multicellular tumor spheroids (MCTSs) generated from different tumor cell lines. Monocytes invaded the MCTSs and differentiated into tumor-associated dendritic cells (TADCs). The antigen expression was altered on TADCs independent of the culture conditions (immature/mature DCs, Langerhans cells) and IL-12 secretion was reduced. Supernatants of MCTSs could partially transfer the suppressive effect. Conditioned media from urothelial carcinoma cell lines contained high levels of M-CSF and IL-6, both cytokines known to modulate DC differentiation. In contrast, melanoma and prostate carcinoma MCTS cocultures produced little M-CSF and IL-6, but high levels of lactic acid. Indeed, addition of lactic acid during DC differentiation in vitro induced a phenotype comparable with TADCs generated within melanoma and prostate carcinoma MCTSs. Blocking of lactic acid production in melanoma MCTS cocultures reverted the TADC phenotype to normal. We therefore conclude that tumor-derived lactic acid is an important factor modulating the DC phenotype in the tumor environment, which may critically contribute to tumor escape mechanisms