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Tumorstammzellen scheinen das Triebwerk für die Initiierung und Progression des Mammakarzinoms zu sein. Durch ihr Potential zur Proliferation von Tumorgewebe, zur Metastasierung und zur Bildung von Rezidiven bestimmen sie maßgeblich die Prognose und Mortalität von Brustkrebspatientinnen. Diese Arbeit demonstriert, welche Mechanismen sich Brustkrebsstammzellen zu Nutze machen, um einer Immunantwort durch NK Zellen zu entkommen.
Mittels durchflusszytometrischer Analysen konnte innerhalb der Gesamtpopulation an MCF 7-Brustkrebszellen eine CD44highCD24low-Subpopulation, die dem Tumorstammzellanteil entspricht, abgegrenzt werden. Im Vergleich zur Ausgangspopulation war nach einer Kokultur mit aktivierten NK Zellen gesunder menschlicher Spender eine Anreicherung von Tumorstammzellen in vitro zu verzeichnen. Die Inkubation von Brustkrebszellen mit NK Zell-Überstand führte zu keiner wesentlichen Veränderung der Tumorstammzellpopulation, was die Notwendigkeit eines direkten Zell-Zell-Kontakts impliziert. Diese Tumorstammzellen könnten nach einem Angriff durch NK Zellen einerseits durch Selektion übrig geblieben sein oder andererseits durch epithelial-mesenchymale Transition (EMT) neu entstanden sein.
Hinweise auf einen Selektionsprozess ließen sich anhand der verminderten Oberflächenexpression von NK Zell-Liganden auf Tumorstammzellen im Vergleich zu Nichtstammzellen finden. Die untersuchten Brustkrebszelllinien (MCF 7, SKBR 3, BT 474 und MDA MB 231) besaßen ein jeweils individuell reguliertes Muster der aktivierenden NKG2D Liganden (MICA, MICB, ULBP1, ULBP2, ULBP3), DNAM 1-Liganden (CD112, CD155) und von MHC1-Molekülen auf Tumorstammzellen und Nichtstammzellen. Die niedrigere Expression von NK Zell-Liganden auf Tumorstammzellen lässt auf eine verminderte Angreifbarkeit durch NK Zellen schließen.
Eine Induktion von Tumorstammzellen aus differenzierten epithelialen Tumorzellen via EMT nach einer Kokultur mit NK Zellen konnten wir beweisen. Aus einer stammzelldepletierten MCF 7-Population gingen nach dem Kontakt zu NK Zellen Tumorzellen mit dem Phänotyp CD44highCD24low de novo hervor. Die Herunterregulation des epithelialen Adhäsionsmoleküls E-Cadherin sowie die Hochregulation mesenchymaler Marker wie des Strukturproteins Vimentin, der EMT-auslösenden Transkriptionsfaktoren Slug, Snail und Twist, und der stammzelltypischen Transkriptionsfaktoren Oct4, KLF4 und cMyc auf mRNA-Ebene sprachen für eine EMT-getriggerte Induktion von Tumorstammzellen nach einer Kokultur von MCF 7-Zellen mit NK Zellen.
Desweiteren stellten wir fest, dass der direkte Kontakt zwischen Tumorzellen und NK Zellen für die Induktion von Tumorstammzellen von großer Bedeutung ist, und zwar auch nach Inhibition des zytotoxischen Effektorpotentials der NK Zellen. Diese Zell-Zell-Interaktionen scheinen von NKG2D und DNAM 1 abhängig zu sein und eine konsekutive Stammzellinduktion via EMT zu beinhalten.
Da aus einer nativen Population nach dem Kontakt zu NK-Zellen ein doppelt so hoher Anteil an Tumorstammzellen hervorging wie aus einer ebenso mit NK-Zellen behandelten stammzelldepletierten Fraktion, ist davon auszugehen, dass ein überdurchschnittlich gutes Überleben von Tumorstammzellen unter NK-Zell-vermitteltem Selektionsdruck auch zum „Immune Escape“ beitragen kann. Hinsichtlich ihrer Klonogenität gab es zwischen bestehenden und induzierten Tumorstammzellen keinen Unterschied. Beide Fraktionen waren in gleichem Ausmaß in der Lage neue Kolonien zu bilden.
Es konnte also gezeigt werden, dass eine EMT-getriggerte Induktion im Sinne eines „Immune Escapes“ von Brustkrebszellen nach dem Kontakt zu NK Zellen maßgeblich zur Tumorstammzellanreicherung beiträgt. Ein zusätzlicher Selektionsprozess bestehender Tumorstammzellen kann als wahrscheinlich angenommen werden. Interaktionen über die NK Zell-Rezeptoren NKG2D und DNAM 1 bzw. deren Liganden auf Tumorzellen scheinen eine Schlüsselrolle zu spielen. Sie könnten als Ansatzpunkt für medizinische Interventionen dienen, die zur Verhinderung einer Tumorstammzellanreicherung im Mammakarzinom beitragen und somit die Prognose von Brustkrebspatientinnen verbessern.
Breast cancer is the most common cancer among women worldwide. Every year, nearly 1.4 million new cases of breast cancer are diagnosed, and about 450.000 women die of the disease. Approximately 15-25% of breast cancer cases exhibit increased quantities of the trans-membrane receptor tyrosine kinase human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) on the tumor cell surface. Previous studies showed that blockade of this HER2 proto-oncogene with the antibody trastuzumab substantially improved the overall survival of patients with this aggressive type of breast cancer. Recruitment of natural killer (NK) cells and subsequent induction of antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC) contributed to this beneficial effect. We hypothesized that antibody binding to HER2-positive breast cancer cells and thus ADCC might be further improved by synergistically applying two different HER2-specific antibodies, trastuzumab and pertuzumab. We found that tumor cell killing via ADCC was increased when the combination of trastuzumab, pertuzumab, and NK cells was applied to HER2-positive breast cancer cells, as compared to the extent of ADCC induced by a single antibody. Furthermore, a subset of \(CD44^{high}CD24^{low}HER2^{low}\) cells, which possessed characteristics of cancer stem cells, could be targeted more efficiently by the combination of two HER2-specific antibodies compared to the efficiency of one antibody. These in vitro results demonstrated the immunotherapeutic benefit achieved by the combined application of trastuzumab and pertuzumab. These findings are consistent with the positive results of the clinical studies, CLEOPATRA and NEOSPHERE, conducted with patients that had HER2-positive breast cancer. Compared to a single antibody treatment, the combined application of trastuzumab and pertuzumab showed a stronger ADCC effect and improved the targeting of breast cancer stem cells.
Burns affect millions every year and a model to mimic the pathophysiology of such injuries in detail is required to better understand regeneration. The current gold standard for studying burn wounds are animal models, which are under criticism due to ethical considerations and a limited predictiveness. Here, we present a three-dimensional burn model, based on an open-source model, to monitor wound healing on the epidermal level. Skin equivalents were burned, using a preheated metal cylinder. The healing process was monitored regarding histomorphology, metabolic changes, inflammatory response and reepithelialization for 14 days. During this time, the wound size decreased from 25% to 5% of the model area and the inflammatory response (IL-1β, IL-6 and IL-8) showed a comparable course to wounding and healing in vivo. Additionally, the topical application of 5% dexpanthenol enhanced tissue morphology and the number of proliferative keratinocytes in the newly formed epidermis, but did not influence the overall reepithelialization rate. In summary, the model showed a comparable healing process to in vivo, and thus, offers the opportunity to better understand the physiology of thermal burn wound healing on the keratinocyte level.
Emerging evidence emphasizes the strong impact of regulatory genomic elements in neurodevelopmental processes and the complex pathways of brain disorders. The present genome-wide quantitative trait loci analyses explore the \(cis\)-regulatory effects of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) on DNA methylation (meQTL) and gene expression (eQTL) in 110 human hippocampal biopsies. We identify \(cis\)-meQTLs at 14,118 CpG methylation sites and \(cis\)-eQTLs for 302 3′-mRNA transcripts of 288 genes. Hippocampal \(cis\)-meQTL-CpGs are enriched in flanking regions of active promoters, CpG island shores, binding sites of the transcription factor CTCF and brain eQTLs. \(Cis\)-acting SNPs of hippocampal meQTLs and eQTLs significantly overlap schizophrenia-associated SNPs. Correlations of CpG methylation and RNA expression are found for 34 genes. Our comprehensive maps of \(cis\)-acting hippocampal meQTLs and eQTLs provide a link between disease-associated SNPs and the regulatory genome that will improve the functional interpretation of non-coding genetic variants in the molecular genetic dissection of brain disorders.
Background
Complex regional pain syndrome (CRPS) develops after injury and is characterized by disproportionate pain, oedema, and functional loss. CRPS has clinical signs of neuropathy as well as neurogenic inflammation. Here, we asked whether skin biopsies could be used to differentiate the contribution of these two systems to ultimately guide therapy. To this end, the cutaneous sensory system including nerve fibres and the recently described nociceptive Schwann cells as well as the cutaneous immune system were analysed.
Methods
We systematically deep-phenotyped CRPS patients and immunolabelled glabrous skin biopsies from the affected ipsilateral and non-affected contralateral finger of 19 acute (< 12 months) and 6 chronic (> 12 months after trauma) CRPS patients as well as 25 sex- and age-matched healthy controls (HC). Murine foot pads harvested one week after sham or chronic constriction injury were immunolabelled to assess intraepidermal Schwann cells.
Results
Intraepidermal Schwann cells were detected in human skin of the finger—but their density was much lower compared to mice. Acute and chronic CRPS patients suffered from moderate to severe CRPS symptoms and corresponding pain. Most patients had CRPS type I in the warm category. Their cutaneous neuroglial complex was completely unaffected despite sensory plus signs, e.g. allodynia and hyperalgesia. Cutaneous innate sentinel immune cells, e.g. mast cells and Langerhans cells, infiltrated or proliferated ipsilaterally independently of each other—but only in acute CRPS. No additional adaptive immune cells, e.g. T cells and plasma cells, infiltrated the skin.
Conclusions
Diagnostic skin punch biopsies could be used to diagnose individual pathophysiology in a very heterogenous disease like acute CRPS to guide tailored treatment in the future. Since numbers of inflammatory cells and pain did not necessarily correlate, more in-depth analysis of individual patients is necessary.