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Characterising distinct mechanisms of interleukin-12-mediated tumour suppression


Burkhard, Sara. Characterising distinct mechanisms of interleukin-12-mediated tumour suppression. 2015, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Zusammenfassung Die medikamentöse Regulation des Immunsystems hat der Therapie von bösartigen Tumoren erhebliche Fortschritte gebracht. Eine der vielversprechenden Substanzen, ist der Immun-Botenstoff Interleukin-12 (IL-12), der das Wachstum verschiedener Tumore hemmt. Diese Tumorsuppression wurde mit der Wirkung von IL-12 auf diverse Zellen des Immunsystems in Verbindung gebracht, wobei unterschiedliche Studien widersprüchliche Resultate präsentierten. Unsere Forschungsgruppe konnte zuvor eine zentrale Rolle von ILCs (innate lymphoid cells), deren Entwicklung vom Transkriptionsfaktor RORγt abhängt, in der IL-12-induzierte Hemmung des Tumorwachstums beschreiben. Der Ko-Transfer von nur 10'000 RORγt abhängigen ILCs, zusammen mit IL-12 produzierenden Tumorzellen, vermochte die Zunahme der Tumormasse zu verhindern.
In dieser Arbeit habe ich den therapeutischen Effekt von IL-12 auf etablierte Tumore mit dem einer präventiven Verabreichung verglichen. Während die Immunantwort nach therapeutischer IL-12 Injektion Interferon-γ (IFNγ) benötigte beruhte der Erfolg der präventiven Verabreichung nicht auf diesem Botenstoff. Die Injektion von etablierten Tumoren mit IL-12 stimulierte die Sekretion von IFNγ durch NK (natural killer) und T Zellen und in der Abwesenheit von Lymphozyten versagte die IL-12 Therapie. Die spezifische Depletion von RORγt abhängigen ILCs, NK und T Zellen hatte jedoch keine Auswirkungen auf den therapeutischen Effekt von IL-12, weshalb wir die Notwendigkeit einer Stimulation dieser Zellen durch IFNγ ausschlossen. IFNγ führte zur Akkumulation und Aktivierung von Monozyten und deren Nachkommen im Tumorgewebe. Die IL-12-induzierte Anti- Tumorantwort wurde durch die Depletion von Monozyten nicht beeinflusst, weshalb auch die Rolle dieses Zelltyps vernachlässigbar war. Zusätzlich hemmte IFNγ das Wachstum von Endothelzellen und steigerte die Expression von Adhäsionsmolekülen auf Blutgefässen. Diese Effekte konnten durch die spezifische Entfernung des IFNγ Rezeptors auf Endothelzellen neutralisiert werden, was jedoch keinen Einfluss auf die Tumorsuppression durch IL-12 hatte. Somit konnten wir die Beteiligung von Zelltypen, deren Funktion während der Anti-Tumoraktivität von IL-12 in der Literatur häufig besprochen wurde, ausschliessen.
Im Weiteren widmeten wir uns in der folgenden Arbeit der Charakterisierung von tumor- hemmenden ILCs nach präventiver Verabreichung von IL-12. Dabei wurden Funktion und Phänotyp von RORγt abhängigen ILCs aus Milz und Darm verglichen. Während der Transfer von ILCs aus der Milz das Tumorwachstum verhinderte, konnte die Injektion von Darm ILCs diesen Effekt nicht reproduzieren. Milz ILCs hatten die Expression von RORγt eingestellt und exprimierten anstelle dessen den Transkriptionsfaktor T-bet und NK Zell charakteristische Oberflächenmoleküle. Im Gegensatz zu Darm ILCs, welche die Expression von RORγt beibehielten, konnten wir in Milz ILCs eine erhöhte Transkription des IL-12 Rezeptors feststellen. Die ungleiche Reaktionsfähigkeit auf IL-12, könnte die Unterschiede von Milz und Darm ILCs bezüglich Anti-Tumor-Antwort, erklären.
Summary Treatment with immune modulating components is about to revolutionise cancer therapy. One promising candidate, demonstrating potent anti-tumour responses is the immune mediator interleukin-12 (IL-12). Various immune cell types have been implied in the IL-12- induced tumour rejection, but different studies have presented conflicting results. Our group previously described the essential role of innate lymphoid cells (ILCs), depending on the transcription factor RORγt, during the IL-12-mediated anti-tumour response. The co-transfer of only 10ʼ000 RORγt dependent ILCs with IL-12 secreting tumour cells prevented tumour growth, while other immune cells were unable to elicit this effect.
In this thesis I investigated whether therapeutic delivery of IL-12 to established tumours, provoked a similar ILC-dependent anti-tumour response. We discovered that the late therapeutic treatment failed in the absence of interferon-γ (IFNγ), while early preventive administration was independent of this cytokine. Upon late IL-12 administration IFNγ was predominantly secreted by natural killer (NK) cells and T lymphocytes and the absence of the lymphoid compartment caused IL-12 treatment to fail. Notably, specific depletion of RORγt dependent ILCs, NK or T cells did, however, not influence IL-12-mediated tumour immunity. Thus, we excluded the requirement of those cells to respond to IFNγ in this context. IFNγ signalling led to the accumulation and activation of monocytes and their progeny within treated tumours. Nonetheless, these cells were shown to be dispensable for the anti-tumour response, as IL-12-treated tumours were suppressed in the absence of monocytes. Moreover, direct IFNγ signalling inhibited endothelial cell growth and induced the expression of adhesion molecules on tumour vessels. Endothelium specific ablation of IFNγ signalling, however, had no impact on the tumour suppression upon late treatment with IL-12. Thus, we have excluded the involvement of specific cell types that have previously been suggested to contribute to the IL-12 mediated anti-tumour immunity.
Furthermore, we aimed to characterise the phenotype and function of tumour suppressive ILCs upon early preventive treatment with IL-12. Whereas the transfer of spleen-derived RORγt-dependent ILCs potently rejected solid tumours, gut-derived ILCs failed to do so. A comparison of RORγt-dependent ILCs in spleen and gut showed differences in their phenotype and transcriptional profile. In fact, splenic ILCs had down-regulated RORγt expression, upregulated the transcription factor T-bet and phenotypically resembled NK cells. Moreover, they were shown to be responsive to IL-12 and secreted IFNγ upon stimulation. In contrast, gut-derived ILCs expressed lower levels of the IL-12 receptor and retained RORγt expression. These differences in IL-12 responsiveness of ILCs, may explain the distinct functions of splenic and gut ILCs, regarding the IL-12-mediated tumour suppression.



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Abstract

Zusammenfassung Die medikamentöse Regulation des Immunsystems hat der Therapie von bösartigen Tumoren erhebliche Fortschritte gebracht. Eine der vielversprechenden Substanzen, ist der Immun-Botenstoff Interleukin-12 (IL-12), der das Wachstum verschiedener Tumore hemmt. Diese Tumorsuppression wurde mit der Wirkung von IL-12 auf diverse Zellen des Immunsystems in Verbindung gebracht, wobei unterschiedliche Studien widersprüchliche Resultate präsentierten. Unsere Forschungsgruppe konnte zuvor eine zentrale Rolle von ILCs (innate lymphoid cells), deren Entwicklung vom Transkriptionsfaktor RORγt abhängt, in der IL-12-induzierte Hemmung des Tumorwachstums beschreiben. Der Ko-Transfer von nur 10'000 RORγt abhängigen ILCs, zusammen mit IL-12 produzierenden Tumorzellen, vermochte die Zunahme der Tumormasse zu verhindern.
In dieser Arbeit habe ich den therapeutischen Effekt von IL-12 auf etablierte Tumore mit dem einer präventiven Verabreichung verglichen. Während die Immunantwort nach therapeutischer IL-12 Injektion Interferon-γ (IFNγ) benötigte beruhte der Erfolg der präventiven Verabreichung nicht auf diesem Botenstoff. Die Injektion von etablierten Tumoren mit IL-12 stimulierte die Sekretion von IFNγ durch NK (natural killer) und T Zellen und in der Abwesenheit von Lymphozyten versagte die IL-12 Therapie. Die spezifische Depletion von RORγt abhängigen ILCs, NK und T Zellen hatte jedoch keine Auswirkungen auf den therapeutischen Effekt von IL-12, weshalb wir die Notwendigkeit einer Stimulation dieser Zellen durch IFNγ ausschlossen. IFNγ führte zur Akkumulation und Aktivierung von Monozyten und deren Nachkommen im Tumorgewebe. Die IL-12-induzierte Anti- Tumorantwort wurde durch die Depletion von Monozyten nicht beeinflusst, weshalb auch die Rolle dieses Zelltyps vernachlässigbar war. Zusätzlich hemmte IFNγ das Wachstum von Endothelzellen und steigerte die Expression von Adhäsionsmolekülen auf Blutgefässen. Diese Effekte konnten durch die spezifische Entfernung des IFNγ Rezeptors auf Endothelzellen neutralisiert werden, was jedoch keinen Einfluss auf die Tumorsuppression durch IL-12 hatte. Somit konnten wir die Beteiligung von Zelltypen, deren Funktion während der Anti-Tumoraktivität von IL-12 in der Literatur häufig besprochen wurde, ausschliessen.
Im Weiteren widmeten wir uns in der folgenden Arbeit der Charakterisierung von tumor- hemmenden ILCs nach präventiver Verabreichung von IL-12. Dabei wurden Funktion und Phänotyp von RORγt abhängigen ILCs aus Milz und Darm verglichen. Während der Transfer von ILCs aus der Milz das Tumorwachstum verhinderte, konnte die Injektion von Darm ILCs diesen Effekt nicht reproduzieren. Milz ILCs hatten die Expression von RORγt eingestellt und exprimierten anstelle dessen den Transkriptionsfaktor T-bet und NK Zell charakteristische Oberflächenmoleküle. Im Gegensatz zu Darm ILCs, welche die Expression von RORγt beibehielten, konnten wir in Milz ILCs eine erhöhte Transkription des IL-12 Rezeptors feststellen. Die ungleiche Reaktionsfähigkeit auf IL-12, könnte die Unterschiede von Milz und Darm ILCs bezüglich Anti-Tumor-Antwort, erklären.
Summary Treatment with immune modulating components is about to revolutionise cancer therapy. One promising candidate, demonstrating potent anti-tumour responses is the immune mediator interleukin-12 (IL-12). Various immune cell types have been implied in the IL-12- induced tumour rejection, but different studies have presented conflicting results. Our group previously described the essential role of innate lymphoid cells (ILCs), depending on the transcription factor RORγt, during the IL-12-mediated anti-tumour response. The co-transfer of only 10ʼ000 RORγt dependent ILCs with IL-12 secreting tumour cells prevented tumour growth, while other immune cells were unable to elicit this effect.
In this thesis I investigated whether therapeutic delivery of IL-12 to established tumours, provoked a similar ILC-dependent anti-tumour response. We discovered that the late therapeutic treatment failed in the absence of interferon-γ (IFNγ), while early preventive administration was independent of this cytokine. Upon late IL-12 administration IFNγ was predominantly secreted by natural killer (NK) cells and T lymphocytes and the absence of the lymphoid compartment caused IL-12 treatment to fail. Notably, specific depletion of RORγt dependent ILCs, NK or T cells did, however, not influence IL-12-mediated tumour immunity. Thus, we excluded the requirement of those cells to respond to IFNγ in this context. IFNγ signalling led to the accumulation and activation of monocytes and their progeny within treated tumours. Nonetheless, these cells were shown to be dispensable for the anti-tumour response, as IL-12-treated tumours were suppressed in the absence of monocytes. Moreover, direct IFNγ signalling inhibited endothelial cell growth and induced the expression of adhesion molecules on tumour vessels. Endothelium specific ablation of IFNγ signalling, however, had no impact on the tumour suppression upon late treatment with IL-12. Thus, we have excluded the involvement of specific cell types that have previously been suggested to contribute to the IL-12 mediated anti-tumour immunity.
Furthermore, we aimed to characterise the phenotype and function of tumour suppressive ILCs upon early preventive treatment with IL-12. Whereas the transfer of spleen-derived RORγt-dependent ILCs potently rejected solid tumours, gut-derived ILCs failed to do so. A comparison of RORγt-dependent ILCs in spleen and gut showed differences in their phenotype and transcriptional profile. In fact, splenic ILCs had down-regulated RORγt expression, upregulated the transcription factor T-bet and phenotypically resembled NK cells. Moreover, they were shown to be responsive to IL-12 and secreted IFNγ upon stimulation. In contrast, gut-derived ILCs expressed lower levels of the IL-12 receptor and retained RORγt expression. These differences in IL-12 responsiveness of ILCs, may explain the distinct functions of splenic and gut ILCs, regarding the IL-12-mediated tumour suppression.



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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Becher Burkhard
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:Unspecified
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2015
Deposited On:22 Mar 2019 15:16
Last Modified:22 Mar 2019 15:16
Number of Pages:120
OA Status:Green
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