Gestillte Kinder sind über die Muttermilch mit persistenten organischen Schadstoffen (POPs) belastet. Tierexperimentelle Studien deuten auf eine besondere Empfindlichkeit des sich entwickelnden Immunsystems für POPs hin. Mögliche Effekte dieser Verbindungen auf den kindlichen Organismus sind bisher kaum untersucht. Es wurden potenzielle Einflüsse verschiedener POPs (PCDDs, PCDFs, PCBs, beta-HCH, HCB und pp-DDE) auf natürliche Killerzellen (NK-Zellen) und NK-Aktivität bei gestillten im Vergleich zu nicht gestillten Kindern untersucht. NK-Zellen sind eine Lymphozytensubpopulation (CD3-CD56/16+), die über ihre zytotoxische Aktivität allogene, virusinfizierte und maligne Zellen ohne vorherige Sensibilisierung töten kann. Es wurden 66 gesunde Kinder im Alter von 11-12 Monaten untersucht, davon waren 50 Kinder mindestens 4 Monate lang voll gestillt und 16 Kinder nicht gestillt. Aus einer Region mit bekannter erhöhter PCDD/PCDF-Belastung stammten 13 gestillte Kinder. Die NK-Zellzahlen wurden mittels Immunphänotypisierung am Durchflusszytometer bestimmt. Die Aktivität der NK-Zellen wurde mit einem nicht-radioaktiven, durchflusszytometrischen Zytotoxizitäts-Assay gemessen. Die POP-Konzentrationen im Blutfett der Probanden wurden kommerziell bestimmt. Weder bei den NK-Zellzahlen, noch bei der NK-Aktivität konnten zwischen den gestillten und nicht-gestillten Kindern signifikante Unterschiede im t-Test nachgewiesen werden. In Korrelationsanalysen zeigten sich keine signifikanten Einflüsse der POP-Konzentrationen auf NK-Zellzahlen und NK-Aktivität. Im Laufe der Untersuchung zeigte sich, dass der eingesetzte Zytotoxizitäts-Assay nur semiquantitative Daten lieferte. Die vorliegenden Ergebnisse und weitere Befunde bezüglich des Immunsystems der Probanden weisen darauf hin, dass die relativ hohe Belastung lange gestillter Säuglinge mit POPs nicht zu einer biologischen Wirkung im kindlichen Organismus führt. Angesichts der nachgewiesenen positiven Effekte des Stillens, kann diesbezüglich die bestehende Stillempfehlung bekräftigt werden. / Breast-fed infants are exposed to persistent organic pollutants (POPs) via breast milk. Animal studies indicate a special sensitivity of the maturing immune system to POPs. Possible effects of these compounds on the infantile organism are so far barely examined. Potential influences of several POPs (PCDDs, PCDFs, PCBs, beta-HCH, HCB and pp-DDE) on natural killer (NK) cells and NK activity of breast-fed infants in comparison to formula-fed infants were investigated. NK cells are a subset of lymphocytes (CD3-CD56/16+) that can kill allogeneic, virus-infected and malignant cells via their cytotoxic activity without prior sensitization. The study group consisted of 66 healthy infants examined at age 11 to 12 months, of which 50 infants were breast-fed and 16 infants were formula-fed. 13 breast-fed infants came from a region with known increased PCDD/PCDF-burden. Numbers of NK cells were measured by flow cytometric immunophenotyping. NK activity was analysed by a non-radioactive flow cytometric cytotoxicity assay. POP concentrations in the blood fat of the probands were calculated commercially. There were no significant differences between breast-fed and formula-fed infants concerning number and activity of NK cells in the t-test. Analysis of correlation showed no significant influences of POP concentrations on the number and activity of NK cells. In the course of the study the data obtained by the employed cytotoxicity assay proved to be only semiquantitative. The presented findings and further results concerning the immune system of the study subjects suggest that the relatively high burden of long-term breast-fed infants with POPs does not lead to a biological effect in the infantile organism. Regarding the proven positive effects of breast-feeding the existing recommendation to breastfeed can be encouraged.

Nierenzellkarzinome (NZKs) gelten als stark immunogene Tumore. Dies ist insbesondere auf die Infiltration durch verschiedene Immunzellpopulationen, wie T-Lymphozyten und Natürliche Killer (NK)-Zellen, sowie das klinische Ansprechen auf immuntherapeutische Strategien zurückzuführen. Bisher existieren jedoch nur sehr wenige Studien zur Rolle von humanen nativen dendritischen Zellen (DCs) in NZK-Geweben und über die Tumor-vermittelte Modulation dieser DCs. DCs nehmen als professionelle Antigen-präsentierende Zellen eine zentrale Schlüsselrolle bei der Induktion und Aufrechterhaltung der angeborenen sowie adaptiven Immunantwort ein. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals der Effekt von klarzelligen NZKs auf den Phänotyp sowie die immunmodulatorischen Fähigkeiten von 6-sulfo LacNAc+ (slan)DCs evaluiert. SlanDCs, welche eine große Subpopulation humaner Blut-DCs darstellen, sind neben der Sekretion großer Mengen proinflammatorischer Zytokine dazu befähigt, Tumorzellen direkt zu lysieren. Des Weiteren sind slanDCs in der Lage, die antitumoralen Effekte von NK-Zellen zu fördern und CD4+ T-Helfer-Zellen sowie Tumor-reaktive CD8+ T-Lymphozyten effizient zu stimulieren. Angesichts dieser proinflammatorischen Eigenschaften können slanDCs wesentlich an einer Tumor-gerichteten Immunantwort beteiligt sein. Auf dieser Grundlage erfolgte im Rahmen der vorliegenden Arbeit der immunhistochemische Nachweis von slanDCs in klarzelligen NZK-Geweben. Im Vergleich zu Tumor-freiem Nierengewebe trat in den primären Tumorgeweben eine erhöhte Zahl infiltrierender slanDCs auf. Zudem wurde die Präsenz von slanDCs in Lymphknoten- sowie Fernmetastasen von NZK-Patienten beobachtet. Weiterführende Untersuchungen an frischen klarzelligen NZK-Geweben demonstrierten, dass NZK-infiltrierende slanDCs einen unreifen Phänotyp ausprägen und Interleukin-10 produzieren. Ausgehend von diesen Erkenntnissen erfolgten funktionelle Analysen, bei denen der Einfluss der kommerziell erhältlichen klarzelligen NZK-Linien ACHN und Caki-1 sowie der primären klarzelligen NZK-Linien MZ1257RC und MZ2877RC auf bedeutende immunmodulatorische Fähigkeiten von slanDCs untersucht wurde. In diesem Zusammenhang zeigte sich, dass NZK-Zellen effektiv in der Lage sind, sowohl die slanDC-vermittelte Proliferation von CD4+ und CD8+ T-Lymphozyten, als auch die slanDC-induzierte Differenzierung naïver CD4+ T-Lymphozyten in proinflammatorische T-Helfer 1-Zellen zu inhibieren. Darüber hinaus wurde demonstriert, dass NZK-Zellen das Potenzial von slanDCs zur Aktivierung von NK-Zellen hemmen. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten, dass die funktionelle Inhibition von slanDCs durch klarzellige NZK-Zellen über membranständige Moleküle vermittelt wird. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse weisen darauf hin, dass NZKs die Ausreifung sowie wesentliche funktionelle Eigenschaften von DCs inhibieren. Dies deutet auf einen neuen Immunescape-Mechanismus klarzelliger NZKs hin, welcher auf einer Tumorzell-vermittelten Generierung von tolerogenen slanDCs basiert und eine unzureichende Aktivierung der angeborenen sowie adaptiven Tumor-gerichteten Immunantwort zur Folge hat. Diese neuen Erkenntnisse können einen Beitrag zu einem besseren Verständnis der Interaktion von NZKs mit nativen humanen DCs leisten und die Konzeption neuer therapeutischer Strategien ermöglichen, welche auf einer Verstärkung der antitumoralen Eigenschaften von DCs beruhen.

<div>Cancer is responsible for the second highest cause of death in the United States, and lung cancer accounts for 13% of new cancer diagnoses, with the highest rate of cancer death at 24%. Almost 85% of these cases represent non-small cell lung cancer (NSCLC), which includes lung adenocarcinoma, the most common NSCLC subtype. Traditional cancer treatments often only temporarily stop the spread of the disease, but immunotherapies, which are becoming a standard of care, are much more promising. Natural killer (NK) cells are powerful effectors of innate immunity, and genetically engineered NK cells as immunotherapies have had encouraging clinical responses in the treatment of various cancers. However, more progress is needed for solid tumor treatment, especially for lung adenocarcinoma. The activation of cancer-associated ectoenzymes, CD39 and CD73 catalyze the phosphorylation of ATP to AMP to produce extracellular adenosine (ADO), which is a highly immunosuppressive mechanism contributing to the pathogenesis of solid tumors. Understanding adenosine effects on NK cells will help develop more robust immunotherapeutic treatments to improve cytotoxicity against solid tumors. Here, we established that tumor microenvironment ADO results in impaired metabolic and anti-tumor functions of cytokine-primed NK cells. Specifically, peripheral blood-derived NK cells stimulated with IL-2, IL-15, or a combination of IL-12 and IL-15 showed suppressed anti-tumor immunity due to ADO. This was observed by the downregulation of activation receptor expression, cytotoxicity inhibition, impairment of metabolic activity, and alterations in gene expression. To target ADO-producing CD73 on cancer cells, we redirected NK cells by fusing CD73 ScFv with intracellular and transmembrane regions of NK cell specific signaling components derived from FCyRIIIa (CD16). Engineered NK cells were shown to be cytotoxic against lung adenocarcinoma <i>in vitro</i> and impede tumor growth in a lung adenocarcinoma mouse model <i>in vivo</i>. Engineered cells also had higher levels of degranulation and cytokine release, as well as more infiltration into tumors and longer survival time in mice. In summary, the microenvironment of solid tumors is highly immunosupressive, and redirecting NK cell function using a NK-specific anti-CD73 targeting construct will help to promote anti-tumor immunity and</div><div>inhibit cancer growth for a potentially powerful new immunotherapy against solid tumors.</div>

Nierenzellkarzinome (NZKs) gelten als stark immunogene Tumore. Dies ist insbesondere auf die Infiltration durch verschiedene Immunzellpopulationen, wie T-Lymphozyten und Natürliche Killer (NK)-Zellen, sowie das klinische Ansprechen auf immuntherapeutische Strategien zurückzuführen. Bisher existieren jedoch nur sehr wenige Studien zur Rolle von humanen nativen dendritischen Zellen (DCs) in NZK-Geweben und über die Tumor-vermittelte Modulation dieser DCs. DCs nehmen als professionelle Antigen-präsentierende Zellen eine zentrale Schlüsselrolle bei der Induktion und Aufrechterhaltung der angeborenen sowie adaptiven Immunantwort ein. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals der Effekt von klarzelligen NZKs auf den Phänotyp sowie die immunmodulatorischen Fähigkeiten von 6-sulfo LacNAc+ (slan)DCs evaluiert. SlanDCs, welche eine große Subpopulation humaner Blut-DCs darstellen, sind neben der Sekretion großer Mengen proinflammatorischer Zytokine dazu befähigt, Tumorzellen direkt zu lysieren. Des Weiteren sind slanDCs in der Lage, die antitumoralen Effekte von NK-Zellen zu fördern und CD4+ T-Helfer-Zellen sowie Tumor-reaktive CD8+ T-Lymphozyten effizient zu stimulieren. Angesichts dieser proinflammatorischen Eigenschaften können slanDCs wesentlich an einer Tumor-gerichteten Immunantwort beteiligt sein. Auf dieser Grundlage erfolgte im Rahmen der vorliegenden Arbeit der immunhistochemische Nachweis von slanDCs in klarzelligen NZK-Geweben. Im Vergleich zu Tumor-freiem Nierengewebe trat in den primären Tumorgeweben eine erhöhte Zahl infiltrierender slanDCs auf. Zudem wurde die Präsenz von slanDCs in Lymphknoten- sowie Fernmetastasen von NZK-Patienten beobachtet. Weiterführende Untersuchungen an frischen klarzelligen NZK-Geweben demonstrierten, dass NZK-infiltrierende slanDCs einen unreifen Phänotyp ausprägen und Interleukin-10 produzieren. Ausgehend von diesen Erkenntnissen erfolgten funktionelle Analysen, bei denen der Einfluss der kommerziell erhältlichen klarzelligen NZK-Linien ACHN und Caki-1 sowie der primären klarzelligen NZK-Linien MZ1257RC und MZ2877RC auf bedeutende immunmodulatorische Fähigkeiten von slanDCs untersucht wurde. In diesem Zusammenhang zeigte sich, dass NZK-Zellen effektiv in der Lage sind, sowohl die slanDC-vermittelte Proliferation von CD4+ und CD8+ T-Lymphozyten, als auch die slanDC-induzierte Differenzierung naïver CD4+ T-Lymphozyten in proinflammatorische T-Helfer 1-Zellen zu inhibieren. Darüber hinaus wurde demonstriert, dass NZK-Zellen das Potenzial von slanDCs zur Aktivierung von NK-Zellen hemmen. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten, dass die funktionelle Inhibition von slanDCs durch klarzellige NZK-Zellen über membranständige Moleküle vermittelt wird. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse weisen darauf hin, dass NZKs die Ausreifung sowie wesentliche funktionelle Eigenschaften von DCs inhibieren. Dies deutet auf einen neuen Immunescape-Mechanismus klarzelliger NZKs hin, welcher auf einer Tumorzell-vermittelten Generierung von tolerogenen slanDCs basiert und eine unzureichende Aktivierung der angeborenen sowie adaptiven Tumor-gerichteten Immunantwort zur Folge hat. Diese neuen Erkenntnisse können einen Beitrag zu einem besseren Verständnis der Interaktion von NZKs mit nativen humanen DCs leisten und die Konzeption neuer therapeutischer Strategien ermöglichen, welche auf einer Verstärkung der antitumoralen Eigenschaften von DCs beruhen.

We performed a retrospective study in 185 patients with myelogenous leukemias who had received hematopoietic cells from unrelated donors. The aim of this study was to answer the question wether the benefit of KIR ligand incompatibility seen in haploidentical tranplantations can also be seen using unrelated donors. We could not detect a significant difference in survival between patients with a KIR ligand incompatibility and those with either fully matched or partially mismatched unrelated donors in this patient cohort. / In der Therapie von Leukämien ist die Knochenmark- bzw. Stammzelltransplantation eine tragende Säule. Für den Transplantationserfolg ist eine Übereinstimmung der Haupthistokompatibilitätsantige (HLA-Antigene der Klassen I und II) zwischen Spender und Empfänger von zentraler Bedeutung. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus der sogenannten MHC-Restriktion in der T-Zellrezeptorerkennung. Ob auch NK-Zellrezeptoren und deren Liganden in der Spenderauswahl berücksichtigt werden sollten, ist bisher unzureichend untersucht. Insbesondere trifft das für die KIR-Rezeptoren zu, die wie die T-Zellrezeptoren ebenfalls HLA-Antigene als Liganden besitzen. Velardi et al. haben 2002 erstmalig gezeigt, daß in der Therapie myeloischer Leukämien die Transplantation von Blutstammzellen verwandter Spender mit KIR-Liganden-Inkompatibilität von klinischem Vorteil ist. Ob KIR-Liganden-Inkompatibilität auch bei Knochenmark-/ Stammzelltransplantationen Unverwandter Bedeutung erlangen könnte, war zu Studienbeginn offen und blieb auch infolge diskrepanter Untersuchungsergebnisse von verschiedenen Arbeitsgruppen im Verlauf der Studie widersprüchlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Fragestellung, die auch Teil einer internationalen Studie war, an 185 Spender-Empfänger-Paaren retrospektiv untersucht. Dabei wurde bei den Paaren einerseits die KIR-Liganden-Kompatibilität auf der Grundlage der HLA-C-Supertypen erschlossen (nach Velardi et al.). Andererseits konnte sie im internationalen Studienprogramm direkt aus dem KIR-Genotyp des Spenders und dem HLA-C-Supertyp des Empfängers ermittelt werden. Die Untersuchungen ergaben folgende Resultate: bei Vorliegen von KIR-Liganden-Inkompatibilität hat die Verwendung von ATG als Bestandteil der GvHD-Prophylaxe keinen Einfluß auf das klinische Ergebnis. Die Vermutungen von Giebel et al. wurden damit nicht gestützt. Die Bestimmung des KIR-Liganden-Status mit Hilfe der Rückschlußmethode allein aus dem HLA-Typ ist unzuverlässig. Für eine exakte Differenzierung ist die gleichzeitige KIR-Genotypisierung erforderlich. KIR-Liganden-Inkompatibilität ist bei unverwandten Knochenmark-/ Stammzelltransplantationen nicht von klinischem Vorteil. Auch ein gezieltes Aussuchen HLA-C-inkompatibler Spender auf der Grundlage einer KIR-Genotypisierung stellt derzeit keine therapeutische Option dar.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The immune system initiates tissue repair following injury. In response to sterile tissue injury, neutrophils infiltrate the tissue to remove tissue debris and subsequently undergo apoptosis. Proper clearance of apoptotic neutrophils in the tissue by recruited macrophages, in a process termed efferocytosis, is critical to facilitate the resolution of inflammation and tissue repair. However, the events leading to suppression of sterile inflammation following efferocytosis, and the contribution of other innate cell types are not clearly defined in an in vivo setting. Using a sterile mouse peritonitis model, we identified IL-4 production from efferocytosing macrophages in the peritoneum that activate invariant NKT cells to produce cytokines including IL-4 and IL-13. Importantly, IL-4 from macrophages functions in autocrine and paracrine circuits to promote alternative activation of peritoneal exudate macrophages and augment type-2 cytokine production from NKT cells to suppress inflammation. The increased peritonitis in mice deficient in IL-4, NKT cells, or IL-4Ra expression on myeloid cells suggested that each is a key component for resolution of sterile inflammation. The phagocyte NADPH oxidase, a multi-subunit enzyme complex we demonstrated to require a physical interaction between the Rac GTPase and the oxidase subunit gp91phox for generation of reactive oxygen species (ROS), is required for production of ROS within macrophage phagosomes containing ingested apoptotic cells. In mice with X-linked chronic granulomatous disease (X-CGD) that lack gp91phox, efferocytosing macrophages were unable to produce ROS and were defective in activating iNKT during sterile peritonitis, resulting in enhanced and prolonged inflammation. Thus, efferocytosis-induced IL-4 production and activation of IL-4-producing iNKT cells by macrophages are immunomodulatory events in an innate immune circuit required to resolve sterile inflammation and promote tissue repair.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Immunostimulatory cytokines can enhance anti-tumor immunity and are part of the therapeutic armamentarium for cancer treatment. We previously reported that chemotherapy-treated lymphoma patients acquire a deficiency of Signal Transducer and Activator of Transcription 4 (STAT4), which results in defective IFNy production during clinical immunotherapy. With the goal of further improvement in cytokine-based immunotherapy, we examined the effects of a soybean peptide called lunasin that exhibits immunostimulatory effects on natural killer cells (NKCs). Peripheral blood mononucleated cells (PBMCs) from healthy donors and chemotherapy-treated lymphoma patients were stimulated with or without lunasin in the presence of IL-12 or IL-2. NK activation was evaluated, and its tumoricidal activity was assessed using in vitro and in vivo tumor models. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay was performed to evaluate the histone modification of gene loci that are regulated by lunasin and cytokine. Adding lunasin to IL-12- or IL-2-cultuted NK cells demonstrated synergistic effects in the induction of IFNG and genes involved in cytotoxicity. The combination of lunasin and cytokines (IL-12 plus IL-2) was capable of restoring IFNy production by NK cells from post-transplant lymphoma patients. In addition, NK cells stimulated with lunasin plus cytokines have higher tumoricidal activity than those stimulated with cytokines alone using in vitro tumor models. The underlying mechanism responsible for the effects of lunasin on NK cells is likely due to epigenetic modulation at target gene loci. Lunasin represents a different class of immune modulating agent that may augment the therapeutic responses mediated by cytokine-based immunotherapy.

Thesis (Ph. D.)--Uniformed Services University of the Health Sciences, 2005. / Typescript (photocopy).

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Vaccinia virus (VV) is the prototypical member of the orthopoxvirus genus of the Poxviridae family, and is currently being evaluated as a vector for vaccine development and cancer cell-targeting therapy. Despite the importance of studying poxvirus effects on the human immune system, reports of the direct interactions between poxviruses and primary human leukocytes (PHLs) are limited. We studied the specific molecular events that determine the VV tropism for major PHL subsets including monocytes, B cells, neutrophils, NK cells, and T cells. We found that VV exhibited an extremely strong bias towards binding and infecting monocytes among PHLs. VV binding strongly co-localized with lipid rafts on the surface of these cell types, even when lipid rafts were relocated to the cell uropods upon cell polarization. In humans, monocytic and professional antigen-presenting cells (APCs) have so far only been reported to exhibit abortive infections with VV. We found that monocyte-derived macrophages (MDMs), including granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF)-polarized M1 and macrophage colony-stimulating factor (M-CSF)-polarized M2, were permissive to VV replication. The majority of virions produced in MDMs were extracellular enveloped virions (EEV). Visualization of infected MDMs revealed the formation of VV factories, actin tails, virion-associated branching structures and cell linkages, indicating that infected MDMs are able to initiate de novo synthesis of viral DNA and promote virus release. Classical activation of MDMs by LPS plus IFN-γ stimulation caused no effect on VV replication, whereas alternative activation of MDMs by IL-10 or LPS plus IL-1β treatment significantly decreased VV production. The IL-10-mediated suppression of VV replication was largely due to STAT3 activation, as a STAT3 inhibitor restored virus production to levels observed without IL-10 stimulation. In conclusion, our data indicate that PHL subsets express and share VV protein receptors enriched in lipid rafts. We also demonstrate that primary human macrophages are permissive to VV replication. After infection, MDMs produced EEV for long-range dissemination and also form structures associated with virions which may contribute to cell-cell spread.