Bladder cancer, as one of the most common cancer types and with high recurrence risk, is considered a candidate for novel immunotherapy strategies. An important aspect of the research for immunotherapy drug development for bladder cancer is to study the tumor microenvironment (TME) and it’s immune contexture. Besides tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) as the main drivers of anti-tumor response, recent studies revealed the importance of tumor-associated tertiary lymphoid structures (TLSs) and high endothelial venules (HEVs) in the TME. Structures similar to these were found to spontaneously form in the orthotopic MB49 model used for bladder cancer research in our group. The aim of this study was to perform a deeper characterization of the TME in this model, by using immunofluorescent staining and microscopy. Specifically, the co-localization of tumor infiltrating lymphocytes (CD8+ and CD4+ T cells, CD19+ B cells), CD11c+ dendritic cells and HEVs along with CCL21 signaling were analyzed within orthotopic MB49 tumors, with and without immune stimulation. The quantification of cells expressing CD8, CD19 and CD11c immune markers, CCL21 levels, vascular density and numbers of HEVs, showed higher densities within the immune-stimulated tumors, indicating a rapid effect of immune stimulation on increasing immune cell infiltration and vascular density after only 24 hours post CpG therapy. Also, the highest frequency of TILs, CCL21 chemokine and vascular density was located in regions of the tumor border indicating that these regions should be studied further in depth as a potential target for entry of cells to the tumor with immunotherapy or as a model of the tumor microenvironment since tumor cell density is maintained high in these locations.

Abstract The function of the transmembrane protein FasL is to complex with the Fas receptor in a target cell and induce target cell apoptosis. Fas/FasL-mediated apoptosis plays important role in immunoregulation. FasL expression is mostly seen in activated lymphocytes. We have characterized endothelial FasL expression in different functional compartments of lymph nodes and gut-associated lymphoid tissue. Furthermore, we have explored the functional role of endothelial FasL expression by analyzing correlation with apoptosis of lymphocyte subpopulations in lymph nodes and by assessing endothelial expression under different conditions by activation of immune functions in gastrointestinal mucosa. Immunohistochemical stainings (Fas, FasL, CD3, CD20, CD19, CD23, CD56, FVIII) were performed on 20 reactive lymph node tissues (I and II), 60 pediatric endoscopy biopsy samples (III) or 60 samples from gut resections (IV). A double-staining method combining apoptosis detection with the TUNEL-method and lymphocyte classification with FasL, Fas and cell lineage markers was optimized. Patient groups included non-pathological lymph nodes, pediatric cow’s milk-sensitive enteropathy, pediatric celiac disease, appendicitis, ulcerative colitis and Crohn’s disease. Control groups included normal biopsy samples from pediatric patients and non-pathological resecate samples from the appendix, colon or ileum to correspond to patient groups. Quantitative analysis (positive vessels or cells per mm2) was performed thoroughly for each anatomical region. In a subset of patients, soluble FasL in the serum was quantified with standard enzyme-linked immunosorbent assay. In reactive lymph nodes FasL expression was predominantly present in high endothelial venules located in the paracortical area, where apoptotic T and B lymphocytes, some expressing Fas, were subsequently found. In the gut wall vascular FasL expression was seen in high endothelial vessels near lymphoid follicles. Serum FasL was elevated in children with an abundance of mucosal lymphoid follicles. In IBD, vascular FasL was upregulated in ulcers and in the submucosa of colons affected by Crohn’s disease. The results indicate that endothelial FasL is characteristically present in high endothelial venules of lymphoid tissues. Detection of apoptotic Fas expressing lymphocytes adjacent to such vessels supports the idea that endothelial FasL functions as a selective gatekeeper by inducing apoptosis of Fas+ lymphocytes entering from the blood stream. / Tiivistelmä Solukalvon läpäisevän proteiinin, FasL:n, tehtävä on sitoutua kohdesolun Fas-reseptoriin ja indusoida kohdesolun apoptoosi. Fas/FasL-välitteinen apoptoosi on merkittävä tekijä immunologisessa säätelyssä. FasL ilmentyy pääsääntöisesti aktivoituneissa lymfosyyteissä. Olemme kuvanneet tutkimuksessamme FasL:n endoteelistä ilmentymistä imukudoksen eri toiminnallisissa alueissa ja suoliston lymfaattisessa kudoksessa. Lisäksi kartoitimme endoteelin FasL:n toiminnallista merkitystä analysoimalla sen yhteyttä lymfosyyttien alaryhmien apoptoosiin imusolmukkeissa ja arvioimalla FasL:n endoteelistä ilmentymistä suoliston limakalvon immunologisesti erilaisissa sairauksissa. Teimme immunohistokemiallisia värjäyksiä (Fas, FasL, CD3, CD20, CD19, CD23, CD56 ja FVIII) 20 reaktiiviselle imusolmukkeelle (I ja II), 60 lapsen endoskooppiselle biopsianäytteelle (III) sekä 60 suoliresekaattinäytteelle (IV). Optimoimme kaksoisvärjäysmenetelmän, missä yhdistettiin apoptoosin havainnointimenetelmä TUNEL ja FasL-, Fas- tai solulinjamarkkeri. Potilasryhmiin kuului potilaita, joilla oli normaalit imusolmukkeet, sekä potilaita, jotka sairastivat lasten viivästynyttä lehmänmaitoallergiaa, lasten keliakiaa, umpilisäketulehdusta, haavaista paksusuolitulehdusta tai Crohnin tautia. Verrokkiryhmiin kuului normaaleja biopsianäytteitä lapsipotilailta sekä terveitä resekaattinäytteitä umpilisäkkeestä sekä paksu- tai sykkyräsuolesta potilasryhmien mukaisesti. Jokaiselle anatomiselle alueelle suoritimme perusteellisen määrällisen analyysin (positiivista suonta tai solua per mm2). Osalle ryhmistä suoritimme seerumin liukoisen FasL:n määrityksen entsyymivälitteisellä immunosorbenttimäärityksellä. Reaktiivisissa imusolmukkeissa FasL:n ilmentyminen näkyi pääsääntöisesti parakortikaalialueen korkeaendoteelisissä venuleissa, missä myös apoptoottiset T- ja B-lymfosyytit (joista osa ilmensi Fasia) sittemmin näkyivät. Suoliston seinämässä havaitsimme verisuoniperäistä FasL:n ilmentymistä korkeaendoteelisissä suonissa lymfaattisten itukeskusten lähettyvillä. Niillä lapsipotilailla, joilla havaitsimme limakalvon lymfaattisten itukeskuksien lisääntymistä, oli myös seerumin FasL-pitoisuus koholla. Tulehduksellisissa suolistosairauksissa verisuoniperäinen FasL oli lisääntynyt limakalvon haavaumissa sekä Crohnin tautia sairastavien potilaiden submukoosassa. Tulokset osoittavat verisuoniperäisen FasL:n tyypillisesti ilmentyvän imukudoksen korkeaendoteelisissa suonissa. Apoptoosin havaitseminen Fasia ilmentävissä lymfosyyteissä näiden suonien läheisyydessä tukee ajatusta siitä, kuinka verisuoniperäinen FasL toimii valikoivana portinvartijana ja aiheuttaa Fas-positiivisten lymfosyyttien apoptoosin estämällä niiden pääsyn verenkierrosta.