The Immunomodulatory Role of Endogenous Glucocorticoids in Ovarian Cancer

Die immunmodulatorische Bedeutung der lokalen Aktivierung von endogenem Cortison im Ovarialkarzinom

  • Ovarian cancer currently causes ~6,000 deaths per year in Germany alone. Since only palliative treatment is available for ovarian carcinomas that have developed resistance against platinum-based chemotherapy and paclitaxel, there is a pressing medical need for the development of new therapeutic approaches. As survival is strongly influenced by immunological parameters, immunotherapeutic strategies appear promising. The research of our group thus aims at overcoming tumour immune escape by counteracting immunosuppressive mechanisms in the tumour Ovarian cancer currently causes ~6,000 deaths per year in Germany alone. Since only palliative treatment is available for ovarian carcinomas that have developed resistance against platinum-based chemotherapy and paclitaxel, there is a pressing medical need for the development of new therapeutic approaches. As survival is strongly influenced by immunological parameters, immunotherapeutic strategies appear promising. The research of our group thus aims at overcoming tumour immune escape by counteracting immunosuppressive mechanisms in the tumour microenvironment. In this context, we found that tumour-infiltrating myeloid-derived suppressor cells (MDSC) or tumour associated macrophages (TAM) which are abundant in ovarian cancer express high levels of the enzyme 11β-hydroxysteroid dehydrogenase1 (11-HSD1). This oxido-reductase enzyme is essential for the conversion of biologically inactive cortisone into active cortisol. In line with this observation, high endogenous cortisol levels could be detected in serum, ascitic fluid and tumour exudates from ovarian cancer patients. Considering that cortisol exerts strong anti-inflammatory and immunosuppressive effects on immune cells, it appears likely that high endogenous cortisol levels contribute to immune escape in ovarian cancer. We thus hypothesised that local activation of endogenous glucocorticoids could suppress beneficial immune responses in the tumour microenvironment and thereby prevent a successful immunotherapy. To investigate the in vivo relevance of this postulated immune escape mechanism, irradiated PTENloxP/loxP loxP-Stop-loxP-krasG12D mice were reconstituted with hematopoietic stem cells from either glucocorticoid receptor (GR) expressing mice (GRloxP/loxP) or from mice with a T cell-specific glucocorticoid receptor knock-out (lck-Cre GRloxP/loxP) mice. In the host mice, the combination of a conditional PTEN knock-out with a latent oncogenic kras leads to tumour development when a Cre-encoding adenovirus is injected into the ovarian bursa. Using this model, mice that had been reconstituted with GC-insensitive T cells showed better intratumoural T cell infiltration than control mice that had received functionally unaltered GRloxP/loxP cells via adoptive transfer. However, tumour-infiltrating T cells mostly assumed a Foxp3+ (regulatory) phenotype and survival was even shortened in mice with cortisol-insensitive T cells. Thus, endogenous cortisol seems to inhibit immune cell infiltration in ovarian cancer, but productive anti-tumour immune responses might still be prevented by further factors from the tumour microenvironment. Thus, our data did not provide a sufficiently strong rationale to further pursue the antagonisation of glucocorticoid signalling in ovarian cancer patients, Moreover, glucocorticoids are frequently administered to cancer patients to reduce inflammation and swelling and to prevent chemotherapy-related toxic side effects like nausea or hypersensitivity reactions associated with paclitaxel therapy. Thus, we decided to address the question whether specific signalling pathways in innate immune cells, preferentially in NK cells, could still be activated even in the presence of GC. A careful investigation of the various activating NK cell receptors (i.e. NKp30, NKp44, NKp46), DNAM-1 and NKG2D) was thus performed which revealed that NKp30, NKp44 and NKG2D are all down-regulated by cortisol whereas NKp46 is actually induced by cortisol. Interestingly, NKp46 is the only known receptor that is strictly confined to NK cells. Its activation via crosslinking leads to cytokine release and activation of cytotoxic activity. Stimulation of NK cells via NKp46 may contribute to immune-mediated tumour destruction by triggering the lysis of tumour cells and by altering the cytokine pattern in the tumour microenvironment, thereby generating more favourable conditions for the recruitment of antigen-specific immune cells. Accordingly, our observation that even cortisol-treated NK cells can still be activated via NKp46 and CD2 might become valuable for the design of immunotherapies that can still be applied in the presence of endogenous or therapeutically administered glucocorticoids.show moreshow less
  • Ovarialkarzinome verursachen allein in Deutschland jährlich ca. 6.000 Todesfälle. Da bei Ovarialkarzinomen, die eine Resistenz gegen eine platinbasierte Chemotherapie mit cis-Platin und gegen Paclitaxel entwickelt haben, nur eine palliative Behandlung möglich ist, gibt esbesteht ein dringenden dringender Bedarf an der Entwicklung von neuen Therapieansätzen. Das Überleben der Patientinnen ist sehr stark von immunologischen Parametern beeinflusst, und somit erscheinensodass immuntherapeutische Strategien als ein vielversprechender AnsatzerscheineOvarialkarzinome verursachen allein in Deutschland jährlich ca. 6.000 Todesfälle. Da bei Ovarialkarzinomen, die eine Resistenz gegen eine platinbasierte Chemotherapie mit cis-Platin und gegen Paclitaxel entwickelt haben, nur eine palliative Behandlung möglich ist, gibt esbesteht ein dringenden dringender Bedarf an der Entwicklung von neuen Therapieansätzen. Das Überleben der Patientinnen ist sehr stark von immunologischen Parametern beeinflusst, und somit erscheinensodass immuntherapeutische Strategien als ein vielversprechender Ansatzerscheinen. Das Ziel der Forschung in unserer Gruppe ist daher, dem „Tumor-Immun-Escape“ durch eine Verhinderung von immunosuppressiven Mechanismen in im der Tumormikromilieu-Mikroumgebung entgegenzuwirken. In diesem Zusammenhang haben wir gefundenentdeckt, dass Tumor-infiltrierende Suppressorzellen der myeloiden Ursprungsschen Reihe (MDSC) oder Tumor-assoziierte Makrophagen (TAM), die in Ovarialkarzinomen reichlich vorhanden sind, das Enzym 11β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase 1 (11β-HSD1) in großer Menge exprimieren. Diese Oxido-Reduktase ist essentiell bei derfür die Umwandlung von biologisch inaktiven Cortison in biologisch aktives Cortisol. In Übereinstimmung damit, werden hohe endogene Cortisol Spiegel in Seren, Azites und Tumorsekreten von Ovarialkarzinom-Patientinnen gemessen. Unter Berücksichtigung der starken anti-inflammatorischen und immunsuppressiven Eigenschaften von Cortisol, erscheint es sehr wahrscheinlich, dass ein hoher endogener Cortisol-Spiegel zum „Immune-Escape“ von Ovarialkarzinomzellen beiträgt. Unsere Vermutung ist Wir stellten daher die Hypothese auf, dass die lokale Aktivierung von endogenen Glucocorticoiden zu einer Unterdrückung der nützlichen Immunantwort in der Tumor-Mikroumgebung führt und eine erfolgreiche Immuntherapie verhindert. Um die in vivo Relevanz dieses postulierten „Immune-Escape“ Mechanismuses zu untersuchen, wurden bestrahlte PTENloxP/loxP loxP-Stop-loxP-krasG12D Mäuse mit Hämatopoetischen hämatopoietischen Stammzellen entweder aus Glucocoprticoid-Rezeptor (GR) exprimierenden Mäusen (GRloxP/loxP) oder aus Mäusen mit einem T-Zell spezifischen Glucocoprticoid-Rezeptor knock-out (lck-Cre GRloxP/loxP) rekonstituiert. In diesen Mäusen führte die Kombination von konditionellem PTEN knock-out mit einer latenten Expression von oncogenen onkogenen Kras zur Tumorentwicklung sobald ein für Cre-Rekombinase codierendes Adenovirus in die Ovarien-ovarielle Bursa injiziert wurdewird. Mit Hilfe von diesesm Modells wurde gezeigt, dass Mäuse, die mit GC-unempfindlichen T-Zellen rekonstituiert worden waren eine bessere intratumorale T-Zell Infiltration zeigten im Vergleich zu Kontroll-Mäusen, die über einen adaptiven Transfer funktionell unveränderte GRloxP/loxP Zellen erhalten hatten. Tumor-infiltrierende T-Zellen haben aber in der Mehrzahl einen hauptsächlich angenommen Foxp3+ (regulatorischen) Phänotyp angenommen, sodass und das Überleben dieser Zellen war sogar verkürzt in Mäusen mit Cortisol-unempfindlichen T-Zellen sogar eine verkürzte Überlebenszeit aufwiesen. Somit scheint endogenes Cortisol die Infiltration von Immunzellen beim Ovarialkarzinom zu inhibieren, aber eine produktive antitumorale Immunantwort könnte scheint trotzdem verhindert werden durch andere Faktoren aus im Tumormikromilieu verhindert zu werden.der Tumor-Mikroumgebung. Somit bieten unsere Daten keine ausreichend starke Begründung, für eineum das Konzept der Antagonisierung endogener,der durch Glucocorticoide ausgelösten ausgelöster Signale in Ovarialkarzinom-Patientinnen weiter zu verfolgen. Des Weiteren werden Glucocorticoide oft Krebspatienten verabreicht, um Entzündungen und Schwellungen zu reduzieren sowie Chemotherapie. bedingte Nebeneffekte wie Übelkeit oder Überempfindlichkeitsreaktionen, die mit einer Paclitaxel-Therapy einhergehen, zu verhindern. Daher wurde der Frage nachgegangen, ob spezifische Signalwege im angeborenem Immunsystem, insbesondere in NK-Zellen, auch in Anwesenheit von GC noch aktiviert werden können. Eine Untersuchung der verschiedenen NK-Zellen aktivierenden Rezeptoren (NKp30, NKp44, NKp46, DNAM-1 und NKG2D) wurde durchgeführt. Dabei wurde eine Herunterregulation von NKp30, NKp44 und NKG2D sowie eine Induktion von NKp46 durch Cortisol festgestellt. Von besonderem Interesse ist, dass NKp46 der einzige bekannte Rezeptor ist, der nur von NK-Zellen exprimiert wird. Seine Aktivierung bewirkt eine Cytokinfreisetzung Zytokinfreisetzung und eine Aktivierung Induktion der zytotoxischen AktivitätNK Zell-Antwort. Eine Stimulation der NK-Zellen über NKp46 könnte zur immun-vermittelten Tumorzerstörung durch Auslösen der Tumorzell-Lyse und durch eine Veränderung des Cytokinexpressionsmusters Zytokinexpressionsmusters in im Tumormikromilieu der Tumor-Mikroumgebung beitragen. Somit würden verbesserte Bedingungen für die Rekrutierung von antigen-spezifischen Immunzellen generiert. Unsere Beobachtung, dass selbst Cortisol behandelte NK-Zellen immer noch über NKp46 und CD2 aktiviert werden können, könnten nützlich zur Entwicklung von Immuntherapien sein, die in Gegenwart von endogenen oder therapeutisch verabreichten Glucocorticoide angewendet werden sollen.show moreshow less

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Metadaten
Author:Ahmed Adel Seida
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-73901
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Frauenklinik und Poliklinik
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Date of final exam:2012/11/19
Language:English
Year of Completion:2012
Dewey Decimal Classification:610 Medizin und Gesundheit
GND Keyword:Cortison; Eierstockkrebs
Tag:Cortison; Ovarialkarzinom
Endogenous Glucocorticoids; Ovarian Cancer
Release Date:2012/11/21
Advisor:Jörg Wischhusen
To order the print edition:X124289
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht