Die immunsuppressive Wirkung von Tumormetaboliten auf humane T-Zellen

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-173095
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.17309

Singer, Katrin

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Date of publication of this fulltext: 18 Oct 2010 09:43

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	18 October 2010
Referee:	Prof. Dr. Richard Warth and Prof. Dr. Andreas Mackensen and Prof. Dr. Reinhard Wirth
Date of exam:	24 September 2010
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Richard Warth Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin III (Hämatologie und Internistische Onkologie)
Interdisciplinary Subject Network:	Not selected
Keywords:	T-Zellen, Metabolismus, Tumor Immune Escape
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	17309

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Abstract (German)

Abstract (German)

Die Rolle von Tumormetaboliten bei der adaptiven Immunantwort gegen Tumore ist in den letzten Jahren zunehmend in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Maligne entartete Zellen sind in der Lage, sich durch Modulation ihres Metabolismus gegenüber dem umgebenden Gewebe Wachstumsvorteile zu verschaffen. So ist bekannt, dass solide Tumore vermehrt aerobe Glykolyse betreiben, das heißt, dass ihre Energie hauptsächlich aus der Reduktion von Pyruvat zu Laktat über die Laktatdehydrogenase gewonnen wird. Unsere Arbeitsgruppe konnte zeigen, dass Milchsäure (das protonierte Laktat) die Funktion humaner zytotoxischer CD8+ T-Zellen (CTL) stark beeinträchtigt.
In der vorgelegten Arbeit konnte beschrieben werden, dass eine Exposition von CTL mit Milchsäure zu einer Akkumulation von intrazellulärem Laktat und einer signifikanten Reduktion des nach aussen sekretierten Laktats führt. Es lässt sich daraus folgern, dass Milchsäure die Glykolyse in CTL stark inhibiert und es zu einer deutlichen Herunterregulation des gesamten Energiehaushalts kommt. Zudem gelang der Nachweis, dass die Sensitivität gegenüber Milchsäure stark vom Aktivierungsstatus der T-Lymphozyten abhängig ist. Weiterhin wurden in dieser Arbeit die in vitro beobachteten inhibitorischen Effekte von Milchsäure auf humane T-Lymphozyten in vivo untersucht. Als Modell diente das Nierenzellkarzinom (RCC, renal cell carcinoma), das durch eine sehr hohe Immunzellinfiltration und eine hohe Glykolyserate charakterisiert ist. In Analysen an Tissuemicroarrays (TMAs) von 249 RCC-Patienten konnte immunhistochemisch nachgewiesen werden, dass GLUT-1 und LDH5 im hellzelligen RCC-Subtyp im Vergleich zum korrespondierenden Normalgewebe signifikant überexprimiert waren. Interessanterweise konnte eine inverse Korrelation zwischen der Expression von GLUT-1/LDH5 und der Frequenz der CD3+ T-Lymphozyten dargestellt werden.
Tumorzellen können auch einen dysregulierten Aminosäure - und Nukleotidstoffwechsel aufweisen. So konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass in RCC-Zelllinien eine verminderte Expression der Methylthioadenosin Phosphorylase (MTAP) mit vermehrter Sekretion von 5`-Deoxy-5`-Methylthioadenosin (MTA) assoziiert ist. Immunhistochemische Analysen an TMAs zeigten, dass die MTAP-Expression in allen RCC-Subtypen im Vergleich zum korrespondierenden Normalgewebe signifikant erniedrigt war. Zudem konnte erstmals dargestellt werden, dass MTA die Proliferation, Zytokinproduktion und Zytotoxizität von zytotoxischen CD8+ T-Zellen stark supprimiert. Dabei konnte die inhibitorische Wirkung von MTA auf die CD8+ T-Zellen sowohl nach mitogener, polyklonaler als auch nach antigen-spezifischer Stimulation beobachtet werden. Darüber hinaus ist der suppressive Effekt von MTA gegenüber T-Zellen nicht durch eine direkte toxische Wirkung bedingt und ist nach Entzug von MTA reversibel. Des Weiteren konnte ausgeschlossen werden, dass die durch MTA-vermittelte T-Zellsuppression nicht über eine intrazelluläre cAMP-Erhöhung bzw. durch eine Verstoffwechselung von MTA zu Adenosin resultiert.

Translation of the abstract (English)

In the last few years, there was an increased focus on tumor metabolism and its influence on adaptive immune responses in tumor immunology. Tumor cells develop multiple mechanisms including a dysregulated metabolism to escape T cell mediated immune recognition. Many tumor cells are characterised by a dysregulated glucose metabolism associated with an increased glycolysis in the presence of oxygen. In previous works we have postulated that lactic acid strongly hampers human T cells in their functionality.
In the present thesis, we show that lactic acid induces apoptosis in activated CD8+ T cells up to 70% after 24 hours in contrast to freshly isolated CD8+ T cells with only 25%. In flux experiments we could show that incubation with lactic acid leads to a significant decrease of lactate production in CTL. We conclude that lactic acid suppresses strongly glycolysis in CTL causing a breakdown of energy balance in CTL.
Clear cell carcinoma is often correlated with a Von Hippel Lindau (pVHL) deficiency which induces a hypoxia similar phenotype with an activation of proteins that are involved in glucose metabolism. In this work, we analysed expression of GLUT-1 and LDH5 in tissue microarrays (TMAs) of 249 RCC (renal cell carcinoma) patients. Immunohistochemical scores revealed strong differences between clear cell, papillary, chromophobe RCC and oncocytoma with highest expression in the clear cell subtype. Additionally, high GLUT-1 and LDH5 expression was associated with a significant reduction of numbers of CD3+/CD8+ infiltrating T cells.
Similarly, tumor cells often exhibit alterations in metabolism of amino acids and nucleotides. In this work we demonstrate that also MTAP deficiency plays an important role in RCC. In this context, RCC cell lines showing loss of MTAP expression on mRNA and protein levels display an extracellular accumulation of 5`-deoxy-5`-methylthioadenosine (MTA). Additionally, we analysed 249 TMAs of RCC including different subtypes with the result that 55% of all tumors are deficient in MTAP expression. Corresponding normal tissues exhibit significantly higher expression of MTAP.
Furthermore we analysed the effects of MTA on human CD8+ T cells in vitro. Here we showed that MTA suppresses proliferation, secretion of cytokines and cytotoxicity in CTL. We could observe these inhibitory effects as well after mitogenic, polyclonal as after antigen-specific stimulation. Of importance, MTA-mediated suppression of CTL is non-toxic and reversible. We could also demonstrate that MTA-mediated suppression is neither induced by an increase of intracellular cAMP concentration nor by a degradation of MTA to adenosine.

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