Der Einfluss von Milchsäure auf humane T-Zellen

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	10 June 2013
Referee:	Prof. Dr. Marina Kreutz and Prof. Dr. Claus Hellerbrand
Date of exam:	15 April 2013
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin III (Hämatologie und Internistische Onkologie)
Keywords:	T-Zellen, Tumormetabolismus, Milchsäure, 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:	28220

Abstract (German)

Die Immunreaktion im Tumormilieu wird unter anderem vom Metabolismus der Tumorzellen beeinflusst. Neben dem Aminosäuremetabolismus spielt auch der Glukosestoffwechsel eine entscheidende Rolle in der Kontrolle der Immunantwort. Diese Arbeit zeigt, dass das Stoffwechselprodukt Milchsäure die Proliferation von MNC, CD4+ und CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+/CD25+ und CD4+/CD25- Zellen hemmt und sie bei ...

Abstract (German)

Die Immunreaktion im Tumormilieu wird unter anderem vom Metabolismus der Tumorzellen beeinflusst. Neben dem Aminosäuremetabolismus spielt auch der Glukosestoffwechsel eine entscheidende Rolle in der Kontrolle der Immunantwort. Diese Arbeit zeigt, dass das Stoffwechselprodukt Milchsäure die Proliferation von MNC, CD4+ und CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+/CD25+ und CD4+/CD25- Zellen hemmt und sie bei hohen Konzentrationen sogar in die Apoptose treibt. Hierbei zeigten sich die CD25+ T-Lymphozyten am wenigsten sensibel gegenüber der Milchsäure, die CD8+ Zellen am empfindlichsten. Auch die Transkription und Ausschüttung wichtiger Zytokine wie IL-2 und IFNγ wird inhibiert, wie wir in der qRT-PCR sowie im ELISA nachweisen konnten. Selbst im IL-2-reichen Milieu konnten MNC und T-Zellen in Gegenwart von Milchsäure nicht zum Wachstum anregt werden, wie unsere Proliferationsbestimmungen zeigten. Weiterhin konnten wir zeigen, dass sowohl HCl wie auch Natrium-Laktat keinen Einfluss auf die Wachstumsrate der Zellen hatten.
Die Zellen exprimieren im aktivierten Stadium MCT-I, ein Transportprotein für bidirektionalen, konzentrationsabhängigen Transport von organischen Anionen, wie wir mittels Western Blot nachweisen konnten. Über Monocarboxylattransporter wird Milchsäure von allen untersuchten T-Lymphozyten in die Zellen aufgenommen, wenn im Extrazellulärraum der Milchsäurespiegel deutlich erhöht ist und der Konzentrationsgradient in das Zellinnere gerichtet ist, wobei hier CD4+/CD25+ Zellen die größte Aufnahme zeigten, wie mittels Massenspektrometrie nachgewiesen werden konnte.
Unsere Hypothese ist daher, dass der Glukosemetabolismus der Tumoren eine Form des “Immune Escape” darstellt. Die in die Zellen aufgenommene Milchsäure verhindert Proliferation und Funktion der immunologischen Effektorzellen und führt deren Apoptose herbei. Dieser Mechanismus stellt einen vielversprechenden Angriffspunkt für zukünftige Therapieformen dar.

Translation of the abstract (English)

Amongst other mechanisms the immune reaction inside the tumor is influenced by the metabolism of the tumor cells. Next to the amino acid metabolism the glucose metabolism also plays a crucial role in the control of the immune response. This thesis shows that the metabolic product lactic acid inhibits the proliferation of MNC, CD4+ and CD8+ T-Lymphocytes as well as CD4+/25+ and CD4+/CD25- cells ...

Translation of the abstract (English)

Amongst other mechanisms the immune reaction inside the tumor is influenced by the metabolism of the tumor cells. Next to the amino acid metabolism the glucose metabolism also plays a crucial role in the control of the immune response. This thesis shows that the metabolic product lactic acid inhibits the proliferation of MNC, CD4+ and CD8+ T-Lymphocytes as well as CD4+/25+ and CD4+/CD25- cells and leads them even into apoptosis at high concentrations. The CD25+ lymphocytes were shown to be the least sensitive to lactic acid, the CD8+ cells were the most sensitive ones. Also the transcription and release of important cytokines like IL-2 and IFNg is being inhibited as we were able to show in qRT-PCR and ELISA. Even in an IL-2 enriched medium MNC and t-cells were not able to be stimulated to proliferate as our proliferation experiments revealed. Furthermore we were able to show that neither HCl nor sodium lactate had an influence on the cells' growth rate.
In their activated state the cells express MCT-I, a transporter for bidirectional, concentration dependent transport of organic anions as we could show through western blot. Through monocarboxylate transporters lactic acid is taken up by all examined t-lymphocytes when the concentration in the extracellular space is markedly elevated and the concentration gradient is directed into the cell. Here the CD4+/CD25+ cells showed the biggest intake as we were able to show through mass spectrometry.
So our hypothesis is that the glucose metabolism of tumors represents a form of immune escape. Lactic acid which is taken up into cells inhibits proliferation and function of immunologic effector cells and leads to their apoptosis. This mechanism represents a promising point of attack for future therapies.

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