MDCK-MRP2 - Dkfz

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Forschungsschwerpunkt D
Tumorimmunologie
ren häufig trotz erfolgreicher Aktivierung von tumorspezifischen
T Zellen weder eliminiert noch an ihrem Wachstum
gehindert werden. Viele Tumoren sind jedoch eindeutig
immunogen und tumorspezifische T Zellen sind in der Peripherie
und in Tumor-infiltrierten Lymphknoten nachweisbar.
In eigenen Studien wurde der Effektor-Arm der Tumorabwehr
mit Hilfe eines transgenen Tumormodells (RIPTag)
getestet, in dem die Expression von SV40 T Antigen im
endokrinen Pankreas zur schrittweisen Ausbildung von Insulinomen
führt. In diesem autochthonen Tumormodell konnten
wir zeigen, dass die Kombination eines potenten Tumorantigens
(T Antigen) und aktivierter, selbstreaktiver T Zellen
nicht ausreichend ist, um Tumortoleranz aufzuheben
(R. Ganss and D. Hanahan, Cancer Res. 58, 4673-4681,
1998). Allerdings führte die Kombination von Entzündungsreaktionen,
z.B. ausgelöst durch Bestrahlung, und aktivierter
tumorspezifischer Lymphozyten zur Extravasation der
Effektorzellen in das Tumorgewebe (R. Ganss and D.
Hanahan, Cancer Res. 58, 4673-4681, 1998). Diese Beobachtung
führte zu der Arbeitshypothese, dass neben der
Tumor-Antigenpräsentation und erfolgreichen Aktivierung
von Effektorzellen das dem Tumor eigene Mikromilieu
massgeblich zur mangelhaften, immunologischen Tumorabwehr
beiträgt (Ganss R. et al., Immunol. Rev. 169, 263-
272, 1999). Im RIPTag Mausmodell erfolgt das Tumorwachstum
analog zur klinischen Situation sehr langsam und über
gut charakterisierte Zwischenstadien. Dabei spielt die Ausbildung
neuer Blutgefässe (Angioneogenese) als Bestandteil
des Tumor Stromas eine Schlüsselrolle in der Expansion
der Tumormasse und der Generierung des Tumor-Mikromilieus.
Blutgefässe sind jedoch nicht nur ein wesentlicher
Bestandteil der Sauerstoff- und Nahrungsmittelversorgung,
sondern kontrollieren die Extravasation von Leukozyten in
das Gewebe. Im Prinzip sollte die Rekrutierung und
Extravasation antigenspezifischer T Zellen in Tumorgeweben
den gleichen Gesetzmässigkeiten unterliegen wie in
normalen Geweben. Allerdings treffen Effektorzellen im
Tumor nicht auf ausdifferenzierte, der Gewebe-Funktion
angepasste Endothelzellen, sondern auf eine aberrante,
stark proliferierende und möglicherweise de-differenzierte
Blutgefässstruktur. Unser Ziel ist es aufzuklären, welche lokalen
Veränderungen im Tumor notwendig sind, um Endothelien
zu aktivieren und die Leukozytenextravasation zu
ermöglichen. In diesem Zusammenhang untersuchen wir
auch, welche molekularen Veränderungen während der
Angioneogenese zum Aufbau der beobachteten “Blut-Tumor-Barriere”
führen.
Entzündungsreaktionen führen zur immunologischen
Tumorabwehr
Solide Tumoren im RIPTag Modell sind nicht infiltriert. Durch
Bestrahlung ausgelöste Entzündungsreaktionen führen jedoch
zur temporären Extravasation von Effektorzellen in
das Tumorgewebe. Um diese Beobachtung therapeutisch
zu nutzen, wurden tumortragende RIPTag Mäuse in Langzeitexperimenten
mit einer Kombination aus Bestrahlung
und wiederholten Transfers mit Tag-spezifischen T Zellen
behandelt. Bestrahlung oder adoptive Transfers alleine haben
keinen therapeutischen Effekt. Dahingegen bewirkt
die Kombinationstherapie die Abstossung bereits etablierter,
autochthoner Tumoren und das Überleben von Tagtransgene
Tieren, das bis zu einem Jahr verfolgt wurde
[1]. Beobachtet man den Verlauf der Tumorregression über
mehrere Wochen so wird deutlich, dass sich zurückbildende
Tumoren makroskopisch verändern und der durch vergrösserte
Blutgefässe und Hämorrhagie bedingte “rote”
Abteilung D050
Molekulare Immunologie
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
Phänotyp verschwindet. In der Intravitalmikroskopie wird
deutlich, dass sich während der Therapie die Tumorblutgefässe
umbilden, sich dem Durchmesser normaler Gefässe
anpassen und wieder hierarchische Strukturen ausbilden.
Diese “Normalisierung” der Blutgefässe erfolgt zeitgleich mit
der Extravasation der Effektorzellen und geht der kompletten
Tumorabstossung voraus [1]. Aufgrund dieser Ergebnisse
postulieren wir, dass die Kombination aus Entzündungsreaktion
und adoptiven Transfers die “Öffnung” der
Endothelbarriere für den Angriff der Effektorzellen ermöglicht.
Bestrahlung ist nur eine Möglichkeit, um eine Entzündungsreaktion
auszulösen. Von bakterieller DNA abgeleitete, unmethylierte
CpG Oligonukleotide aktivieren das Immunsystem
indem sie die Ausschüttung entzündungsfördernder
Zytokine induzieren. In einer Reihe unterschiedlicher Maus-
Transplantationstumoren konnten wir in der Tat zeigen,
dass die Injektion von CpG-ODN in direkter Nähe des Tumors
zur kompletten Regression bereits etablierter Tumoren führt.
(Kawarada et al., J. Immunol 167, 5247-5253, 2001). Diese
Befunde wurden auf das autochthone RIPTag Model
übertragen. Systemische Applikation von CpG-ODN alleine
hat keinen Effekt auf die Überlebensrate transgener Tiere.
Allerdings konnten wir zeigen, dass intravenöse Injektion
von CpG-ODN zur Hochregulation der Adhäsionsmoleküle
ICAM-1 und VCAM-1 in den Blutgefässen des Pankreas und
der Insulinome führt. Diese Endothel-Aktivierung wird durch
die Aufnahme von CpG-ODN durch Gewebe-Makrophagen
bewirkt und die sehr wahrscheinlich mit der Ausschüttung
von Entzündungsfaktoren verbunden ist. Kombiniert man
nun CpG-ODN mit dem adoptiven Transfer tumor-spezifischer
CD4 + und CD8 + Effektorzellen kommt es zur Abstossung
bereits etablierter, solider Tumoren. Dieser überzeugende
therapeutische Erfolg wird komplementiert durch
die erfolgreiche Behandlung von wachsdenden Transplantationstumoren,
die durch peritumorale injection von CpG-
ODN abgestossen werden, wobei NK und tumorspezifische
CD8 + T-Killerzellen induziert wurden [5]. Dieser Befund ist
somit unserem Autoimmun-Modell vergleichbar, wo CpG-
ODN die Autoaggression Lebers-pezifischer Lympozyten gegen
Hepatozyten auslöst [3].
Histologische und Molekulare Definition der “Blut-
Tumor-Barriere”
Mit Hilfe intravitalmikroskopischer Untersuchungen konnten
wir am RIPTag Mausmodell zum ersten Mal strukturelle
und funktionelle Veränderungen des Tumorendothels in
den verschiedenen Stadien des Tumorwachstums in vivo
verfolgen. Diese Studien haben gezeigt, dass erste morphologische
Veränderungen der Blutgefässe schon in den Frühstadien
der Tumorentwicklung sichtbar werden; diese ersten
aberranten Gefässstrukturen korrelieren noch nicht,
wie allgemein angenommen wird, mit einem verstärkten
Versorgungsbedarf stark expandierender Tumoren [4].
Interessanterweise haben wir schon in den frühen, strukturell-veränderten
Blutgefässen ein deutlich verringertes
“Rolling” und “Sticking” von Lymphozyten beobachtet, den
ersten für eine Extravasation notwendigen Schritten. Diese
Funktionsstörung bleibt auch in allen nachfolgenden
Tumorstadien erhalten. Damit konnten wir zeigen, dass
die Blutgefässe im Prozess der malignen Transformation die
Infiltration bzw. die funktionelle Interaktion von T Zellen
mit dem Tumorgewebe behindern.
Um die in RIPTag Mäusen dokumentierten morphologischen
und funktionellen Veränderung der Tumorblutgefässe [4]
auch molekular zu charakterisieren, wurden Gefässe aus