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Bibliographic Metadata

Title
Local immune microenvironment in normal and cancerous colorectal tissue / submitted by Katharina Strasser
Additional Titles
Lokales immunologisches Umfeld im normalen und kanzerösen kolorektalen Gewebe
AuthorStrasser, Katharina
Thesis advisorOehler, Rudolf
Published2018
Description138 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diss., 2018
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionAugust 2018
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Darmkrebs / Immunzellen / Lymphozyten / Makrophagen / Interferon gamma / Prognose / Massenspektrometrie
Keywords (EN)Colorectal cancer / Immune cells / Lymphocytes / Macrophages / Interferon gamma / Mass spectrometry
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-18772 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Local immune microenvironment in normal and cancerous colorectal tissue [17.29 mb]
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Classification
Abstract (German)

Immunzellen im Kolorektum sind an die Gegebenheiten des Darms angepasst. Einer der am häufigsten diagnostizierten Krebsarten ist Darmkrebs. Vorhersagen über den Krankheitsverlauf basierend auf der TNM-Klassifikation sind nicht ausreichend, da mehrere Patienten nach Entfernung des Tumors ein Rezidiv entwickeln und sterben. Immunzellen sind ein prognostischer Faktor bei dieser Krebsart, welcher der TNM-Klassifikation überlegen ist. Therapien, die auf das Immunsystem abzielen, sind jedoch nur in einer Subpopulation von Darmkrebspatienten wirksam. Daher ist es notwendig die immunologische Heterogenität des kolorektalen Karzinoms und Veränderungen in dessen Umfeld besser zu verstehen. Das Ziel dieser Studie war die Charakterisierung von Lymphozyten und Makrophagen im normalen Gewebe im Vergleich zum Darmtumor.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden immunhistochemische Färbungen und massenspektrometrische Untersuchungen durchgeführt, um Lymphozyten und Makrophagen im normalen kolorektalen Gewebe zu lokalisieren. Um Veränderungen dieser Zellen in Darmkrebs zu ermitteln, wurde normales und kolorektales Gewebe derselben Patienten aufgearbeitet. Lymphozyten und Makrophagen wurden mit Mehrfarben-Durchflusszytometrie charakterisiert. Zellen mit der Fähigkeit Interferon-gamma (IFN) zu produzieren wurden mittels T-Zell-Rezeptor Stimulation identifiziert und im Gewebe mit Immunhistochemie und mRNA in situ Hybridisierung nachgewiesen.

Basierend auf der massenspektrometrischen Bildgebung von Proteinen konnten wir Darmstrukturen und Ansammlungen von Lymphozyten und Makrophagen im Darmgewebe darstellen, die sich von Lymphozyten und Monozyten im Blut unterscheiden. Immunhistochemie des normalen und kanzerösen Kolorektalgewebes offenbarte eine quantitativ veränderte Immunzellzusammensetzung im Tumor, mit weniger Makrophagen und mehr Granulozyten. Lymphozyten im Tumor wiesen einen erhöhten Anteil an CD4+ T-Zellen, mit vermehrt regulatorischen T-Zellen, auf. Trotzdem beinhaltete der Tumor mehr IFN-produzierende T-Zellen nach in vitro Stimulation und in situ. Im Gegensatz dazu hatte das Tumorstroma weniger PDL1 im Vergleich zur Lamina propria des tumorfernen Gewebes. Des Weiteren besaß der Tumor mehr CD14+ Makrophagen mit einem verändertem Phänotyp und weniger CD206+ entzündungshemmende, kolonständige Makrophagen. Der prognostische Einfluss dieser Veränderungen im kolorektalen Karzinom wurde mithilfe von mRNS Daten evaluiert. Die Kombination von hohen Konzentrationen an FOXP3 und IFN, zusammen mit Makrophagenmarkern (CD14 erhöht, CD206 reduziert), ist mit einer ungünstigen Prognose assoziiert.

Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass Massenspektrometrie eine vielversprechende Methode zur Analyse von Immunzellen im Gewebe ist. Wir konnten zeigen, dass scheinbar pro- und anti-inflammatorische immunologische Veränderungen des Tumors mit einer schlechteren Prognose assoziiert sind. Diese Patienten könnten anders auf therapeutische Interventionen ansprechen und sollte in Zukunft weiter untersucht werden.

Abstract (English)

Immune cells in the colorectum are perfectly adapted to the specific intestinal microenvironment. The cancer that originates from this region, colorectal cancer (CRC), is one of the most frequently diagnosed cancers. Prognostic predictions based on the TNM classification are not that accurate, as several patients still relapse and die, even after complete surgical removal of the tumour. Immune cells were shown to be a prognostic factor in CRC superior to the TNM classification. However, therapies targeting the immune system are only effective in a subpopulation of CRC patients. Thus, there is a need to better understand the immunological heterogeneity of CRC and alterations in the local tumour microenvironment. This study aimed at the characterization of lymphocytes and macrophages in normal compared to cancerous colorectal tissue.

In the course of this thesis, immunohistochemistry (IHC) and mass spectrometry imaging were performed to localize lymphocytes and macrophages in the normal colorectal tissue. To reveal alterations of these cells in CRC, normal tumour-distant and cancerous colorectal tissue samples from the same patients were dissociated. Lymphocytes and macrophages were characterized using multicolour flow cytometry. In vitro T cell receptor stimulation was conducted to identify cells with the capability to produce interferon gamma (IFN). IFN-producing cells were stained in tissues with IHC and mRNA in situ hybridization.

By analysing proteins with mass spectrometry imaging, we were able to visualize colonic structures and accumulations of colonic lymphocytes and macrophages. We could show that these cells differ from blood-derived lymphocytes and monocytes. IHC of normal and cancerous colorectal tissue revealed that the tumour has a quantitatively changed immune cells microenvironment towards less macrophages and more granulocytes. Additionally, lymphocyte subpopulations are shifted to more CD4+ T cells in the tumour, which comprise of an increased amount of regulatory T cells. Despite that, more IFN-producing T cells were identified in the tumour after in vitro stimulation and in situ. In contrast, PDL1 was reduced in the tumour stroma compared to the lamina propria of tumour-distant tissue. Additionally, the tumour had CD14+ macrophages with an altered phenotype compared to those of the normal mucosa and decreased levels of CD206+ anti-inflammatory, colon-resident macrophages. The prognostic impact of the observed alterations in CRC was evaluated using mRNA data. High levels of FOXP3 and IFN, together with macrophage markers (high CD14 and low CD206 levels), were associated with an unfavourable outcome.

In conclusion, this work emphasizes that mass spectrometry imaging is a promising method for immune cell analysis in the tissue. Based on the local immune cell microenvironment, we demonstrated that seemingly pro- and anti-inflammatory immunological alterations in the tumour can be associated with a worse prognosis. These patients might react differently to therapeutic interventions, which should be examined in the future.

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