Targeting regulatory T cells triggers immune control and disrupts disease progression of multiple myeloma

Autor: Hartweg [verh. Dahlhoff], Julia Lisa
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: Doctoral Thesis<br />Doctoral Thesis
DOI: 10.25972/OPUS-21878
Popis: Multiple Myeloma remains an incurable disease of clonally expanding malignant plasma cells. The bone marrow microenvironment harbors treatment resistant myeloma cells, which eventually lead to a disease relapse in patients. CD4+FoxP3+ regulatory T cells (Tregs) are highly abundant amongst CD4+ T cells in the bone marrow providing an immune protective niche for different long-living cell populations, e.g. hematopoietic stem cells. Previous studies in multiple myeloma patients have mostly focused on peripheral blood analyses without factoring in the specialized bone marrow environment or employed therapy regimens. Even though, functional Treg-myeloma cell analyses are lacking, recent literature suggests that in multiple myeloma Tregs enrich in the bone marrow. In this study, we addressed the functional role of Tregs in the engraftment and progression of multiple myeloma. We further elucidated the Treg-mediated immune-suppression that induces immune escape of multiple myeloma. To investigate the immune regulation of multiple myeloma, we utilized a syngeneic immunocompetent murine multiple myeloma model (MOPC-315.Luc-GFP.BMP2 in BALB/c mice), that allows non-invasive in vivo bioluminescence imaging of disease progression in combination with fluorescence microscopy techniques and multi-parameter flow cytometry. DEREG mice provided a system to selectively deplete Tregs upon diphtheria toxin administration at different time points of multiple myeloma progression. We further confirmed our major findings with a second syngeneic and immunocompetent murine model of multiple myeloma, the transplantable VK*MYC model (VK12653 in C57BL/6). Firstly, we found that Tregs accumulate in vicinity of multiple myeloma cells within the bone marrow and display a highly activated phenotype. Tregs upregulated activation marker such as CD44, CD69 and ICAM-1 as well as several checkpoint receptors such as PD-1 and LAG-3. Secondly, using DEREG mice to deplete Tregs in a time restricted manner before tumor cell injection, we found that Tregs create a suppressive environment that enables tumor engraftment and dissemination. Additional, in this myeloma model, we found that Tregs retain an immune response that has the potential to effectively eliminate multiple myeloma. Remarkably, even a short-term depletion of Tregs in mice with established tumor resulted in complete regression of multiple myeloma below the detection limit. Longitudinal follow-up monitoring with sensitive bioluminescence imaging revealed that 69% (9/13) of mice remained entirely tumor free for an observation period of 80 days. Thirdly, using depleting antibodies in vivo we identified CD8 T cells and NK cells as major effector cells against multiple myeloma when unleashed from Treg suppression. Conclusively, with this preclinical in vivo study we show that Tregs are an attractive therapeutic target for the treatment of patients suffering from multiple myeloma.
Das Multiple Myelom gilt bislang als eine unheilbare Krankheit klonal expandierender maligner Plasmazellen. Die Knochenmark-Umgebung beherbergt behandlungsresistente Myelom Zellen, die bei Patienten letztendlich zu einem Krankheitsrückfall führen. CD4+ FoxP3+ regulatorische T-Zellen (Tregs) sind unter CD4+ T-Zellen im Knochenmark sehr häufig und bieten eine vom Immunsystem geschützte Nische für verschiedene langlebige Zellpopulationen, wie z.B. für hämatopoetische Stammzellen. Studien an Multiplen Myelom Patienten konzentrierten sich bisher hauptsächlich auf Analysen des peripheren Blutes, ohne die Besonderheit der Knochenmarkumgebung oder bereits angewandte Therapien zu berücksichtigen. Obwohl funktionelle Treg-Myelom-Analysen fehlen, deutet aktuelle Literatur darauf hin, dass sich Tregs bei Patienten mit Multiplem Myelom im Knochenmark anreichern. Für diese Arbeit haben wir uns mit der funktionellen Rolle von Tregs bei der Manifestation und dem Fortschreiten des Multiplen Myeloms befasst. Wir haben untersucht, wie die Unterdrückung des Immunsystems durch Tregs das Multiple Myelom vor einer Immunantwort bewahrt. Um die Immunregulation des Multiplen Myeloms zu untersuchen, wurde ein syngenes und immunkompetentes murines Modell (MOPC-315.Luc-GFP.BMP2 in BALB/c-Mäuse) verwendet, das eine nicht-invasive in vivo Biolumineszenz-Bildgebung des Krankheitsverlaufs ermöglicht. DEREG-Mäuse ermöglichten durch die Gabe von Diphterietoxin die selektive und effiziente Eliminierung von Tregs zu verschiedenen und genau definierten Zeitpunkten der Multiplen Myelom Erkrankung. In Kombination mit Fluoreszenzmikroskopie und Multiparameter Durchflusszytometrie konnten wir so die Funktion von Tregs detailliert analysieren. Zusätzlich haben wir die wichtigsten Erkenntnisse mit einem zweiten immunkompetenten und syngenen Mausmodell des Multiplen Myeloms, dem transplantierbaren V� *MYC-Modell (VK12653 in B6a.FoxP3.Luci.DTR Mäuse), weiter bestätigt. Erstens fanden wir heraus, dass sich Tregs in der Nähe des Multiplen Myeloms im Knochenmark ansammeln und einen hochaktivierten Phänotyp aufweisen. Tregs regulierten Aktivierungsmarker wie CD44, CD69 und ICAM-1, sowie mehrere Checkpoint-Rezeptoren wie PD-1 und LAG-3 hoch. Dieser Wechsel des Treg-Phänotyps war besonders ausgeprägt an Stellen mit starkem Tumorwachstum und konnte im MOPC Model ausschließlich im Knochenmark beobachtet werden. Zweitens konnten wir durch die gezielte Depletion von Tregs in DEREG Mäusen vor der Tumorzellinjektion feststellen, dass Tregs eine immunsupprimierte Umgebung schaffen, die das Anwachsen von Multiplen Myelomzellen und die Metastasierung ermöglichen. Des Weiteren konnten wir durch die gezielte Depletion von Tregs in Mäusen mit einer etablierten Myelomerkrankung zeigen, dass Tregs eine effektive Immunantwort unterdrücken, die das Potenzial hat, das Multiple Myelom vollständig zu eliminieren. Bemerkenswerterweise führte sogar eine kurzfristige Depletion von Tregs bei Mäusen mit vorhandenem Tumor zu einer vollständigen Regression des Multiplen Myeloms unterhalb der Nachweisgrenze. Die Langzeituntersuchung mit sensitiver Biolumineszenz-Bildgebung ergab, dass 69% (9/13) der Mäuse über einen Beobachtungszeitraum von 80 Tagen vollständig tumorfrei blieben. Drittens konnten wir in vivo, mit zellspezifischen und depletierenden Antikörpern zeigen, dass CD8-T-Zellen und NK-Zellen effektiv Myelom Zellen vernichten, sobald diese nicht mehr von Tregs in ihrer Aktivität gehindert werden. Zusammenfassend zeigen wir mit dieser präklinischen in vivo Studie, dass Tregs ein attraktives therapeutisches Ziel für die Behandlung von Patienten mit Multiplem Myelom sind.
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