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The role of myeloid PI3Kinase – pathway in tumor immune surveillance

Leslie Hanzl

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Genetik und Entwicklungsbiologie

Betreuer*in

Gernot Schabbauer

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DOI

10.25365/thesis.37686

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29167.59502.104464-4

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Myeloide Zellen wie Phagozyten und Antigen-präsentierende Zellen sind wichtige Bestandteile des angeborenen Immunsystems. Durch die Produktion diverser Zytokine, die Phagozytose von Mikroben und die Aktivierung und Rekrutierung weiterer Leukozyten, sind sie ausschlaggebend für die Auflösung inflammatorischer Prozesse und die Einleitung Gewebs-remodellierender Vorgänge. Ein Mechanismus, der es Tumorzellen ermöglicht sich dem Immunsystem zu entziehen, ist die aktive Rekrutierung immunsupprimierender, tolerogener Makrophagen. Es konnte gezeigt werden, dass myeloide Zellen zur Tumorentwicklung beitragen können, indem sie eine phänotypische Umwandlung vom „klassisch” aktivierten inflammatorischen Zustand (M1) zum „alternativ” aktiviertem Tumor- tolerierenden Zustand (M2) durchlaufen. Der PI3K/PTEN Signalweg spielt eine wichtige Rolle in diesem Entscheidungsprozess, wobei myeloide PTEN Defizienz zu einer erhöhten M2 Polarisierung führt. Phosphoinositide 3-Kinasen (PI3Ks) sind eine Enzymfamilie, die eine wichtige Rolle in der intrazellulären Signaltransduktion spielt. Signaltransduktion via PI3K fördert u.a. die Überlebensfähigkeit von Zellen, Zell-Proliferation, die Erhöhung glykolytischer Aktivitäten, sowie die Inhibierung der Apoptose. Eine Hyperaktivierung des PI3K Signalwegs, durch den Verlust oder die Inaktivierung von „Phosphatase and tensin homolog“ PTEN (Antagonist von PI3K) durch Keimbahn Mutationen oder somatische Mutationen, tritt im Verlauf diverser Krankheiten auf. Mitunter betroffen sind verschiedene Arten von Krebs, was den PI3K Signalweg zu einem attraktiven Ziel für therapeutische Interventionen macht. Vorangegangene Experimente konnten zeigen, dass myeloide PTEN Defizienz zur Hochregulierung von M2 Markergenen, zur erhöhten Sekretion anti-inflammatorischer Zytokine und dem vermehrten Vorhandensein suppressiver dendritischer Zellsubtypen, sowie regulatorischer T-Zellen führt. Um die Rolle des PI3K/PTEN Signalwegs im angeborenen Immunsystem während der Entstehung von Tumoren zu untersuchen, wurde Kolitis assoziierter Darmkrebs (engl.: colitis-associated colon cancer – CAC), chemisch in Mäusen mit myeloider PTEN Defizienz hervorgerufen. CAC beschreibt ein Krankheitsbild colorektaler Tumore, die durch vorhergehende Entzündungen (chronisch entzündliche Darmerkrankung – engl.: inflammatory bowl disease – IBD) entstehen. Durch die Verwendung eines AOM/DSS induzierten Darmkrebsmodells in Mäusen mit myeloider PTEN Defizienz, soll die Rolle des PI3K/PTEN Signalwegs in der Tumorentstehung und Entwicklung untersucht werden. Bereits in naiven Mäusen mit myeloider PTEN Defizienz durchgeführte Experimente, konnten eine Polarisationstendenz myeloider Zellen in Richtung des anti-inflammatorischen M2 Phänotyps zeigen. Wir gehen deshalb davon aus, dass eine myeloide Hyperaktivierung des PI3K Signaltransduktionswegs zu anti-inflammatorischen Effekten und verstärkter Unterdrückung der anti-Tumor Immunantwort in einem entzündungs-basierendem Darmkrebs Model führt. Dementsprechend glauben wir, dass die Hyperaktivierung von PI3K zu einer Hochregulierung immunsupprimierender myeloider Zellen und somit zu einer erhöhten Tumorbildung und Tumorlast in unserem Model führen wird. Um die Polarisierung myeloider Zellen festzustellen, wurde die Expression diverser M1 und M2 Markergene, sowie die Ausschüttung pro- und anti-infammatorischer Zytokinen untersucht, welche aus Zellen lymphoider Organen isoliert wurden. Tumorraten wurden durch die Isolierung der Tumore nach der Behandlungsperiode untersucht, wobei die Tumore nach ihrer Größe und ihrem Gewicht analysiert wurden und die Größe der Tumore durch die Anwendung von Immunohistochemie quantifiziert wurde. Weiters wurden die Überlebensraten aller Wildtyp- und Knockout-Mäuse während der gesamten Behandlungsperiode ermittelt. Entsprechend unserer ursprünglichen Annahme, haben wir eine Hochregulierung diverser M2 Markergene und Zytokine in Zellen, die aus myeloid PTEN-defizienten Mäusen isoliert wurden, gefunden. Wir konnten zeigen, dass sowohl die Größe, als auch die Anzahl der Tumore, welche aus Knockout-Mäusen isoliert wurden, höher ist als in Wildtyp-Mäusen. Dementsprechend konnten wir eine erhöhte Tumorlast und eine reduzierte Überlebensrate in Mäusen mit myeloider PTEN Defizienz nachweisen.

Abstract

(Englisch)

Myeloid cells, including phagocytes and antigen-presenting cells represent important parts of the innate immune system. Via the production of cytokines, the phagocytosis of microbes and the activation of further leukocytes, they are implicated in the resolution of inflammatory processes and tissue remodeling. One of the mechanism by which solid tumors evade the immune system, is the active recruitment of immune-suppressive, tolerogenic macrophages. It has been found that myeloid cells can contribute to tumor progression by undergoing phenotypical conversion from the "classically" activated inflammatory state (M1) to the "alternatively" activated tumor tolerating state (M2). The PI3K/PTEN signaling pathway plays an important role in this fate decision process, whereby myeloid PTEN-deficiency leads to a shift towards M2 polarization. Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) are an enzyme family involved in intracellular signal transduction. Signaling via PI3K has many downstream effects, including the promotion of cell survival and cell proliferation, the increase of glycolytic flux and the inhibition of apoptosis. Hyperactivation of the PI3K pathway by the deletion or inactivation of PTEN by germline- or somatic mutations is commonly observed in a variety of malignancies. These include different types of human cancer, making this pathway one of the most attractive targets for therapeutic intervention. Previous experiments have shown that myeloid PTEN-deficiency leads to an up-regulation of M2 marker genes, an enhanced expression of anti-inflammatory cytokines, as well as elevated levels of suppressive dendritic-cell subsets and regulatory T-cells. To investigate the role of the PI3K/PTEN pathway in tumor development, we chemically induced colitis-associated colon cancer (CAC) in myeloid PTEN-deficient mice. CAC describes colorectal tumor formation resulting from a previous state of inflammation, often due to inflammatory bowel disease. We used an AOM/DSS driven colorectal cancer mouse model to induce CAC in myeloid PTEN-deficient- and wild type mice, to examine the role of myeloid PI3K/PTEN in tumor formation and development. Previous experiments performed with naïve myeloid PTEN-deficient mice show a clear shift of myeloid cell polarization towards the immuno-suppressive M2 phenotype. Therefore we assume that hyperactivation of the PI3K pathway in myeloid cells, will lead to anti-inflammatory effects and enhanced suppression of anti-tumor immune responses in our CAC model. Thus we hypothesize that myeloid PTEN-deficiency will result in the up-regulation of immune-suppressive myeloid cell subsets, hence leading to increased tumor formation and tumor burden in our CAC cancer model. To determine polarization of myeloid cells, we compared expression levels of M1 and M2 marker genes as well as secretion levels of pro- and anti-inflammatory cytokines, released from cells isolated from lymphoid organs, obtained from myeloid PTEN-deficient mice and wild type mice. Tumor formation and progression was assessed by the isolation of colonic tumors after the treatment period. Tumors were examined in size and weight and immune-histochemistry was performed to quantify tumor formation. Furthermore survival of wild type and knockout mice was evaluated during the AOM/DSS treatment period. In line with our initial hypothesis, we found an up-regulation of various M2 marker genes and cytokines in cells isolated from myeloid PTEN-deficient mice. In line with these results, we were also able to show that not only the amount of tumors isolated from myeloid PTEN-deficient mice was higher compared to wild type mice, but also the relative tumor size was increased. Hence we found increased tumor burden in myeloid PTEN-deficient mice suffering from colitis-associated colon cancer, resulting in decreased survival.

Autor*innen

Leslie Hanzl

Haupttitel (Englisch)

The role of myeloid PI3Kinase – pathway in tumor immune surveillance

Paralleltitel (Deutsch)

Die Rolle des myeloiden PI3Kinase - Signaltransduktionsweg in der Tumor-Immun-Überwachung

Paralleltitel (Englisch)

The role of myeloid PI3Kinase – pathway in tumor immune surveillance

Publikationsjahr

2015

Umfangsangabe

82 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Gernot Schabbauer

Klassifikationen

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,

44 Medizin > 44.45 Immunologie

AC Nummer

AC12706882

Utheses ID

33408

Studienkennzahl

UA | 066 | 877 | |

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Schlagwörter