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Bibliographic Metadata

Title
Effect of chemotherapy on anti tumor immune response / submitted by Liang Ying Yu
Additional Titles
Effekt von Chemotherapy auf die anti-tumor Immunantwort
AuthorLiang, Ying Yu
CensorOehler, Rudolf
Published2015
Descriptionxiv, 184 Seiten : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2015
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Apoptose / sekundäre Nekrose / Chemotherapie / Multiples Myelom / Immunogener Zelltod / C1q / apoptotische Blebs
Keywords (EN)apoptosis / secondary necrosis / chemotherapy / multiple myeloma / immunogenic cell death / C1q / apoptotic blebs
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-14939 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Effect of chemotherapy on anti tumor immune response [21.64 mb]
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Classification
Abstract (German)

Krebstherapien wurden mit dem Ziel entwickelt, Apoptose in den Zielzellen zu induzieren. Während der Exekutionsphase der Apoptose werden intrazelluläre Strukturen modifiziert um eine stille Elimination (auch "Efferozytose") zu ermöglichen. Unter physiologischen Bedingungen reichen frühe Ereignisse der Apoptose wie z.B. DNA Fragmentierung oder Sekretion von apoptotischen Mikropartikeln (MPs) aus um die Efferozytose zu initiieren. Werden apoptosiche Zellen nicht eliminiert, treten spät-apoptotische Ereignisse ein, wie etwa die Bildung "von apoptotischen Zellen abstammenden Membranvesikel" (apoptotic cell derived membranous vesicles (ACMV)) oder der Verlust der Membranintegrität (sekundäre Nekrose). Wir hypothetisieren, dass das Spät-Stadium der Apoptose in vivo durch eine chemotherapeutische Behandlung erreicht wird und dass sich die Immunantwort auf diese Zellreste von der auf früh-apoptotischen Zellen unterscheidet. Diese Arbeit untersucht, ob spät-apoptotische Zellen in vivo während einer chemotherapeutischen Behandlung vorkommen, ob die Efferozytose beeinträchtigt ist und ob Zytokine, die die Immunantwort in Richtung Immunsuppression beeinflussen, gefunden werden können. Weiters wurden die immunogenen Eigenschaften sterbender Zellen in unterschiedlichen Phasen der Apoptose in vitro untersucht. Um herauszufinden, welche Phasen von apoptotischen Zellen in vivo vorkommen, wurden Knochenmarksbiopsien vor und nach, sowie periphere Blutproben während des ersten Zyklus der Induktionstherapie von Multiplen Myelom (MM) Patienten untersucht. Die Proben wurden auf (i) aktive Caspase-3, (ii) 7-AAD und (iii) Komplementfaktor C4d analysiert, Marker für frühe Apoptose und sekundäre Nekrose. Monozyten wurden isoliert und ihre Efferozytose-Aktivität vor und während der Therapie analysiert. Zusätzlich wurden Serumproben auf Zytokinausschüttungen untersucht. Um die Immunogenität von Zellen in unterschiedlichen apoptotischen Phasen zu analysieren, wurden in vitro Experimente durchgeführt. Wir untersuchten den Effekt vom Komplementfaktor C1q im Verlauf der Apoptose und seine Rolle bei der Efferozytose. Außerdem wurden morphologische Veränderungen während der Apoptose und der Effekt von Serum auf ACMVs untersucht. Letztendlich verglichen wir die Immunantwort von PBMCs nach einer Ko-kultivierung mit entweder früh-apoptotisch sekretierten MPs oder spät-apoptotischen Zellresten. Zellen, die positiv für aktive Caspase-3 und C4d waren, konnten in Knochenmarksbiopsien nach der Induktionstherapie gefunden werden. Dies zeigt, dass apoptotische Zellen in vivo nachweisbar sind. Eine erhöhte Infiltrationsrate von CD68+ Makrophagen in diesen Proben deutet darauf hin, dass Phagozyten rekrutiert werden. In den Blutproben konnten ebenfalls aktive Caspase-3 und 7-AAD positive Zellen während des ersten Induktionszyklus gefunden werden. Eine Abnahme von CD138+ Zellen im Knochenmark weist darauf hin, dass diese spät-apoptotischen Zellen im peripheren Blut vom Tumor stammen. Eine Abnahme von CD8+ T-Lymphozyten, begleitet von einer zeitgleichen Zunahme an 7-AAD positiven CD8+ T-Zellen, zeigte einen negativen Effekt der Behandlung auf Immunzellen. Dennoch zeigte sich direkt nach Beginn der Therapie ein Anstieg des "monocyte chemotactic protein-1" (MCP-1). Dies weist auf eine Rekrutierung von Phagozyten als Antwort auf spät-apoptotische Zellen hin. Die in vitro Experimente zeigten eine serum-abhängige Prozessierung von sekundär-nekrotischen Zellen, die zur Bildung einer Subpopulation von Zellresten führt, die mit C1q markiert sind, eine fortgeschritten abgebaute DNA vorweisen und effizienter von Monozyten eliminiert werden. Weitere Experimente zeigten, dass dieser DNA-Abbau mit einer beschleunigten ACMV Rückbildung zusammenhängt. Interessanterweise induzierte eine Ko-kultivierung von früh-apoptotisch sekretierten MPs mit frisch isolierten PBMCs eine ähnliche Zytokinausschüttung wie LPS, IL-1[beta], IL-6, IL-8, IL-10 und TNF[alpha]. Im Gegesatz dazu zeigten sich die verbleibenden sekundär nekrotischen Zellreste weniger immunogen und induzierten nur hohe Werte an IL-8. Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, dass spät-apoptotische Zellen in vivo bei MM Patienten während der Chemotherapie-Behandlung gefunden werden können. Außerdem zeigt sie, dass zell-unabhängige Faktoren dazu beitragen, eine Subpopulation von sekundär-nekrotischen Zellen zu prozessieren, was zu einem DNA-Abbau, beschleunigter ACMV Rückbildung und besserer Efferozytose führt, aber nicht zu einer Freisetzung von pro-inflammatorischen Zytokinen, was auf eine stille Elimination hinweist. Der Anstieg an CCL2 in vivo deutet auf eine Monozyten-Rekrutierung zum Standort von apoptotischen Zellen, was durch die Anwesenheit von CD68+ Makrophagen im Knochenmark eines Patienten bestätigt werden konnte. Zusätzlich beobachteten wir einen Anstieg von toten CD8+ T-Zellen in Patienten während der Therapie, was mögliche negative Effekte auf die gesamte anti-Tumor Immunantwort haben könnte.

Abstract (English)

Anti cancer therapies are designed to induce apoptosis in affected cells. The excecution phase of apoptosis modifies intracellular structures in order to allow silent elimination (also known es "efferocytosis"). Under physiological conditions early events such as DNA fragmentation or release of apoptotic microparticles (MPs) are sufficient to initiate efferocytosis. When not removed efficiently, late apoptotic events can occur e.g. formation of apoptotic cell derived membranous vesicles (ACMV) or loss of membrane integrity (secondary necrosis). We hypothesize that late stage apoptosis can also occur in vivo during chemotherapeutic treatment and that the immunologic response to these cell remnants differs to the response to early apoptosing cells. The present work investigates whether late stage apoptotic cells occur in vivo during chemotherapy treatment, whether efferocytosis is affected and whether or not cytokines that influence the immune response towards immunosuppression can be detected. Furthermore, we investigate the immunogenic properties of dying cells during different stages of apoptosis in vitro. In order to determine which stage of apoptotic cells are present in vivo, bone marrow (BM) biopsies before and after, as well as blood samples during the first cycle of induction therapy were obtained from multiple myeloma (MM) patients. Samples were analyzed for (i) active caspase-3, (ii) 7-AAD and (iii) complement component C4d as early apoptotic and secondary necrotic marker. Monocytes were isolated and analyzed for their efferocytic activity before and during treatment. Serum samples were additionally analyzed for cytokine release. To investigate the immunogenicity of different stages of apoptotic cells, in vitro experiments were performed. We studied the effect of complement component C1q on apoptotic cells during cell death progression and it's role during efferocytosis. Furthermore, we studied morphological changes during apoptosis and the effect of serum on ACMVs. Finally we investigated if there was a difference in the immune response of PBMCs when co-cultured with early released apoptotic MPs compared to late apoptotic cell remnants. Active caspase-3 as well as C4d+ cells could be found in BM samples of patients after therapy, indicating the presence of apoptotic cells in vivo. An increased infiltration of CD68+ macrophages in those samples suggests a recruitment of phagocytes. In peripheral blood active caspase-3 and 7-AAD positive cells could also be found during the first cycle of treatment. A decrease in CD138+ cells in BM indicates that late apoptotic cells in peripheral blood originate from the tumor. Additionally, a decrease of CD8+ T-lymphocytes, accompanied by an increase of 7-AAD positive CD8+ T-cells reveals a negative adverse effect of the treatment on immune cells. Nevertheless, the monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1), also known as CCL2, was increased after the beginning of the treatment, suggesting a recruitment of phagocytes in response to late apoptotic cells. In vitro experiments revealed a serum-dependent processing of secondary necrotic cells resulting in a subpopulation of cell remnants which, opsonized by C1q, had highly degraded DNA and was more efficiently eliminated by monocytes. Further experiments showed that this DNA degradation is accompanied by enhanced ACMV retraction. Interestingly, when co-cultured with freshly isolated PBMCs, early released apoptotic MPs induced a similar cytokine release pattern as LPS, namely IL-1[beta], IL-6, IL-8, IL-10, and TNF[alpha]. In contrast, the remaining secondary necrotic cell remnants only induced high levels of IL-8, indicating that they are less immunogenic. Taken together this work revealed that late, apoptotic cells can be found in vivo in MM patients during chemotherapeutic treatment. Furthermore, it showed that cell non-autonomous factors process a subpopulation of secondary necrotic cells, which results in DNA degradation, enhanced ACMV retraction, C1q binding, and higher efferocytosis of these cells but no release of pro-inflammatory cytokines, therefore suggesting a silent elimination. The increase of CCL2 found in vivo indicates a monocyte recruitment to the site of apoptotic cells, which could be confirmed by the increased presence of CD68+ cells in one patients' BM. Additionally we observed an increase in cell death in CD8+ T-cells in patients during therapy, which might have negative effects on the overall anti-tumor immune response.

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