Es ist schon lange bekannt, dass das Immunsystem eine wichtige Rolle in der Immunabwehr von malignen Tumoren spielt. In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten der unten genannten Zellen, Rezeptoren und löslichem Protein MICA im peripheren Blut von Patienten mit soliden und hämatologischen Tumorerkrankungen sowie einer Kontrollgruppe mittels Durchflußzytometrie und ELISA-Verfahren untersucht. NK-Zellen ( u.a. CD 56+CD16-NK-Zellen, CD 56-CD16+ Nk-Zellen, CD56+CD16+NK-Zellen), NKT-Zellen und verschiedene T-Lymphozyten ( u.a. αβ-Lymphozyten, δγ-Lymphozyten, Vγ9Vδ1-Lymphozyetn, Vγ9Vδ2-Lymphozyten) sind auf direkten oder indirekten Weg über aktivierende Rezeptoren ( u.a. NKG2D, NKp44, NKp46, NKp33), inhibierende Rezeptoren ( u.a. p 58.1, p58.2, p70, NKG2A) und Chemokinrezeptoren ( u.a. CXCR1) an der Lyse / Apoptose von Tumorzellen über HLA-abhängige (MICA) und HLA-unabhängig Moleküle beteiligt. Es ließ sich zeigen, dass MICA genauso im Serum von hämatologischen Patienten wie auch bei soliden Tumorerkrankungen vorkommt, wobei vor allem Patienten mit fortgeschrittenen Stadien und Metastasierung hohe Werte aufwiesen. Es wurde eine Verminderung der Gesamtzahl an Lymphozyten und αβ-T-Lymphozyten bei hämatologischen und bei soliden Tumoren im peripheren Blut festgestellt. Weiterhin zeigte sich, wie bereits in der Literatur berichtet, bei hämatologischen Neoplasien ein signifikant erhöhter Wert an NK-Zellen und CD56-16+NK-Zellen sowie eine verminderte Expression von NKG2D auf NK-Zellen, auf αβ-T-Lymphozyten und auf γδ-T-Lymphozyten. Es ließ sich auch eine verminderte Expression von p58.1 und NKG2A auf γδ-Lymphozyten im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe nachweisen. Ein signifikanter Unterschied im Vergleich zu soliden Tumoren fand sich nicht, bis auf den oben genannten Lymphozytenanteil. Der Nachweis, dass erhöhte lösliche Serum MICA-Werte die Parameter wie KIRs und KARs sowie Chemokinrezetoren oder die Apopotose der Immunzellen bei hämatologischen oder bei soliden Tumorerkrankungen beeinflusst, konnte in dieser Arbeit nicht geführt werden. Die vorliegende Arbeit trägt dazu bei, die Immunabwehr gegenüber soliden und hämatologischen Tumorerkrankungen besser zu verstehen. / Natural killer cells (NK), NKT cells, αβ-T cells and δγ-T cells play an important role in tumor defence. These cells eliminate tumor cells through killer inhibitory receptors (KIR) and stimulatory killer activating receptors (KAR), which can lyse target cells by binding to the major histocompatibility complex class I-related chain A (MICA) protein. The aim of this study is to analyze the reduction of these immune cells, the association between the levels of soluble MICA with KIR- and KAR-expressing on αβ cells, γδ cells and NK cells and their interaction with chemokine receptor CXCR1in the peripheral blood of patients with haematological and epithelial malignancies. ELISA and flow cytometric analysis were used in comparison to controls. Reduced numbers of αβ-T- cells and the presence of soluble MICA could be demonstrated in the serum of patients with both haematological and epithelial malignancies. Higher levels of soluble MICA were associated with advanced stages of disease and metastasation. Patient samples showed also lower numbers of NK cells and CD56-16+NK cells as well as a reduced expression of NKG2D on NK, αβ and γδ T cells. Confirming existing evidence, there was also a reduced expression of p58.1 and NKG2A on γδ cells in comparison to controls. No significant differences between solid and haematological malignancies were found, except for this type of lymphocytes. The study did not provide evidence that increased levels of soluble MICA influence KIRs and KARs, the chemokine receptors or the apoptosis of immune cells.

In den letzten Jahren ergaben sich vermehrt Hinweise, dass dendritische Zellen (DCs) zu einer Stimulation von Natürlichen „Killer“ (NK)-Zellen in der Lage sind, die als zytotoxische Effektorzellen des angeborenen Immunsystems Tumorzellen eliminieren. Aus diesem Grund bestand ein wesentliches Ziel dieser Arbeit in der Analyse der Wechselwirkungen zwischen nativen DCs und NK-Zellen. Dazu wurden slanDCs verwendet, welche die größte DC-Subpopulation des Blutes repräsentieren. Zunächst wurde evaluiert, ob slanDCs eine effiziente Aktivierung von NK-Zellen bewirken. Als ein Ergebnis zeigte sich, dass Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierte slanDCs sowohl zu einer verstärkten Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf der Oberfläche von NK-Zellen als auch zur Induktion der NK-Zell-Proliferation führen. Darüber hinaus wurde erstmals die slanDC-abhängige Erhöhung der Expression von aktivierenden Rezeptoren (NKp46, NKp44, NKp30) und Korezeptoren (2B4, DNAM-1) auf NK-Zellen demonstriert, welche essentiell für die NK-Zell-vermittelte Erkennung und Lyse von Tumorzellen sind. In weiteren Untersuchungen induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine erhebliche Produktion von Interferon (IFN)-gamma in NK-Zellen, welches proliferationshemmend auf Tumorzellen und aktivierend auf T-Lymphozyten wirkt. Funktionelle Analysen ergaben, dass aktivierte slanDCs das zytotoxische Potential von NK-Zellen gegenüber der Tumorzelllinie K-562 deutlich verstärken. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten die herausragende Bedeutung von IL-12, das sowohl die Steigerung der IFN-gamma-Sekretion als auch die Zunahme der zytolytischen Aktivität von NK-Zellen induzierte. Darüber hinaus konnte erstmals gezeigt werden, dass LPS-aktivierte slanDCs eine Zytotoxizität von NK-Zellen gegenüber frisch etablierten Blasten von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie induzieren. In weiteren Untersuchungen wurde evaluiert, ob NK-Zellen ihrerseits die immunstimulatorischen Eigenschaften von slanDCs beeinflussen. Die Analysen zeigten erstmals, dass unstimulierte NK-Zellen die Expression von MHC-Klasse II-Molekülen, kostimulatorischen Molekülen und Adhäsionsmolekülen auf slanDCs deutlich erhöhen und somit ihre Fähigkeit zur Aktivierung von CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+ T-Helferzellen fördern. NK-Zellen führen ebenfalls zu einer deutlichen Verstärkung der Produktion von IL-12 durch LPS-stimulierte slanDCs. Darüber hinaus zeigte sich, dass NK-Zellen die Sekretion des immunsuppressiven Zytokins IL-10 durch LPS-stimulierte slanDCs reduzieren. In weiteren Analysen wurde demonstriert, dass die Interaktionen mit NK Zellen die Fähigkeit von LPS-aktivierten slanDCs zur Programmierung naiver CD4+ T-Lymphozyten in IFN-gamma-produzierende T-Helfer-1-Zellen deutlich verstärken. Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass stimulierte slanDCs und NK-Zellen in der Lage sind, sich wechselseitig zu aktivieren. NKT-Zellen repräsentieren eine weitere bedeutende Effektorzellpopulation der frühen antitumoralen Immunabwehr, die durch Sekretion von Zytokinen und ein ausgeprägtes zytolytisches Potential zur Elimination von Tumorzellen beiträgt. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Wechselwirkungen zwischen slanDCs und NKT-Zellen analysiert. Dabei verstärkten LPS-stimulierte slanDCs die Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf NKT-Zellen. Darüber hinaus induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine deutliche IFN-gamma-Produktion in NKT-Zellen, wobei erneut die zentrale Rolle von IL-12 gezeigt wurde. Diese Ergebnisse demonstrierten, dass stimulierte slanDCs zu einer effektiven Aktivierung von NKT Zellen in der Lage sind. In abschließenden Untersuchungen wurde die Wirkung von NKT-Zellen auf slanDCs evaluiert. Dabei verstärkten NKT-Zellen die Maturierung von slanDCs erheblich und führten zu einer signifikanten Steigerung der IL-12-Produktion sowie zu einer Reduktion der IL-10-Freisetzung in Abhängigkeit von IFN-gamma. Die gewonnenen Daten demonstrierten, dass NKT-Zellen und slanDCs zu einer gegenseitigen Aktivierung befähigt sind. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse zu den Interaktionen von slanDCs und NK- bzw. NKT-Zellen können einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Immunabwehr von Tumoren leisten und die Konzeption neuer antitumoraler Therapiestrategien unterstützen.

Cluster of differentiation 1 (CD1) d ist ein antigenpräsentierendes Glykoprotein, das verschiedene Lipidklassen (z.B. Glycerophospholipide und Sphingolipide) bindet. CD1d zeigt intrazellulär eine Verteilung sowohl im sekretorischen als auch im endolysosomalen Kompartiment und bindet dort endogene (körpereigene) und exogene (körperfremde, z.B. mikrobiellen) Lipide, die an natürliche Killer T-Zellen, eine Gruppe lipidreaktiver T-Zellen, präsentiert werden. Nach Antigenerkennung zeigen NKT-Zellen eine schnelle Zytokinsekretion, was wiederum zu einer breiten Aktivierung anderer angeborener und adaptiver Immunzellpopulationen wie dendritischer Zellen, natürlicher Killerzellen, B-Zellen und konventioneller T-Zellen führt. In meiner Dissertation untersuchte ich die Rolle von CD1d und NKT-Zellen im Kontext der intestinalen Tumorentstehung (Kapitel 1). Darüber hinaus untersuchte ich CD1d-abhängige Effekte auf den hepatischen Lipidmetabolismus, verbunden mit der Frage ob diese Effekte zumindest partiell in NKT-Zell-unabhängiger Weise vermittelt werden (Kapitel 2). CD1d und NKT-Zellen in der intestinalen Tumorentwicklung NKT-Zellen beeinflussen CD1d-abhängig entzündliche Prozesse im Darm sowie die intestinale Tumorentwicklung. Verschiedene Modelle und Strategien, die sich mit der Klärung der Rolle der NKT-Zelluntergruppen in diesen Erkrankungen beschäftigten, zeigten, dass hierbei eine komplexe Regulierung durch spezifische NKT-Zelluntergruppen, nämlich invariante (i)NKT-Zellen und diverse (d)NKT-Zellen, mit teils gegensätzlichen Effekten zu beobachten ist. CD1d zeigt eine ubiquitäre Expression und kann in zellspezifischer Weise in die NKT-Zell-Aktivierung eingreifen. So vermittelt CD1d im Kontext der intestinalen Entzündung regulatorische NKT-Zell-Signale wenn die Antigenpräsentation von intestinalen Epithelzellen (IECs) ausgeht, während CD1d-Signale von professionellen Immunzellen intestinale Entzündung in NKT-Zell-abhängiger Weise fördern. Das Ziel des ersten Teils meiner Arbeit (Kapitel 1) war die Analyse zelltypspezifischer Effekte von CD1d in der Aktivierung von NKT-Zellen im Rahmen der intestinalen Tumorentstehung. Unter Verwendung des Cre-lox-Systems zur Erzeugung von IEC- und myeloidspezifischen CD1d-defizienten Mäusen und der ApcMin/+ und Apcfl/wt-Mausemodelle intestinaler Tumorentwicklung untersuchte ich die Wirkung der zelltypspezifischen CD1d-Deletion auf die NKT-Zell-Immunantwort im Rahmen der intestinalen Tumorentwicklung. Ich konnte dabei zeigen, dass CD1d in NKT-Zell-abhängiger Weise das intestinale Tumorwachstum fördert. Während die intestinal-epitheliale Deletion von CD1d keine Effekte auf die Tumorentwicklung hatte, führte die myeloide Deletion von CD1d zumindest zu einem partiell reduzierten Tumorwachstum. Diese Daten zeigen, dass myeloide Zellen zum CD1d- und NKT-abhängigen Tumorwachstum beitragen. Darüber hinaus ist anzunehmen, dass weitere, bislang uncharakterisierte Zellen zur CD1d-abhängigen Regulation der Tumorentwicklung beitragen. NKT-Zell-unabhängige Effekte von CD1d im hepatischen Lipidmetabolismus. Der zweite Teil meiner Dissertation (Kapitel 2) befasste sich mit der Rolle von CD1d in der Regulierung des hepatischen Fettstoffwechsels unter konstitutiven Bedingungen sowie im Kontext der nichtalkoholischen Fettleberkrankheit (NAFLD). Mausmodelle mit konstitutiver Deletion von CD1d zeigten dabei, dass diese Prozesse in CD1d-abhängiger Weise vermittelt werden. Da die Deletion von CD1d mit einem Verlust von NKT-Zellen verbunden ist, wurde daraus geschlossen, dass NKT-Zellen zur Pathogenese metabolischer und inflammatorischer Veränderungen bei NAFLD beitragen. Ob CD1d auch in NKT-Zell-unabhängiger Weise zur Regulation des hepatischen Metabolismus beitragen kann, wurde bislang nicht untersucht. CD1d wird ubiquitär und abundant von verschiedenen Zelltypen einschließlich Enterozyten, Adipozyten und Hepatozyten exprimiert und interagiert mit verschiedenen Lipidtransferproteinen. Ich untersuchte daher, ob CD1d auch in direkter, NKT-Zell-unabhängiger Weise Einfluss auf den hepatischen Lipidmetabolismus nimmt. Hierzu wurden CD1d-exprimierende und CD1d-defiziente Mäuse auf einem genetischen Hintergrund mit Defizienz des recombination activating gene 1 (Rag1) untersucht, in dem aufgrund der fehlenden VDJ-Rekombination reife T- und B-Zellen einschließlich NKT-Zellen fehlen. Meine Ergebnisse zeigen, dass CD1d den hepatischen Lipidstoffwechsel unter konstitutiven Bedingungen wie auch im Kontext der nicht-alkoholischen Fettleber in einer NKT-Zell-unabhängigen Weise regulieren kann. Die Mechanismen über die diese Regulation vermittelt wird, werden derzeit experimentell untersucht. Zusammenfassend habe ich in dieser Arbeit die Rolle von epithelialem und myeloiden CD1d in der intestinalen Tumorentstehung charakterisiert. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass CD1d in NKT-Zell-unabhängiger Weise den hepatischen Lipidmetabolismus reguliert.:Zusammenfassung Summary General introduction 1 The CD1 family of antigen presenting proteins 1.1 Structure of CD1 proteins 1.2 Trafficking of CD1 proteins 1.3 Lipid transfer proteins 1.4 CD1 associated lipid repertoire 2 CD1d-restricted T cells 2.1 Lipid antigens presented to CD1 restricted T cells 2.2 NKT cell subsets 2.3 NKT cells in homeostasis and disease Chapter I: CD1d in intestinal tumor development Introduction 1 The role of CD1d and NKT cells in intestinal homeostasis 1.1 The intestine: structure and function 1.2 Immune cell populations in the intestine 1.3 Interplay between iNKT cells and intestinal microbiota 1.3.1 The intestinal microbiota shapes mucosal iNKT cells 1.3.2 Effect of the microbiota on systemic iNKT cells 1.3.3 Bacterial lipid antigens influence iNKT cell-dependent mucosal immunity 1.3.4 Effect of CD1d deficiency on commensals 2 CD1d & NKT cells in cancer 2.1 Enhancing anti-tumor immunity 2.2 Suppressing anti-tumor immunity 3 CD1d & NKT cells in colorectal cancer 3.1 Spontaneous tumorigenesis 3.2 Intestinal inflammation and inflammation-induced cancer Aim of the study Materials and Methods Results 1.1. Validation of the conditional CD1d knockout mouse lines 1.2. Analysis of tumorigenesis in the ApcMin/+ and Apcfl/wt models 1.3. The impact of myeloid cell-specific deletion of CD1d on spontaneous tumor development 1.4. The impact of intestinal epithelial cell specific deletion of CD1d on spontaneous tumorigenesis 1.5. Analysis of constitutive deletion of CD1d in spontaneous tumorigenesis model Discussion Chapter II: CD1d and hepatic lipid metabolism in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) Introduction 1 Metabolic diseases as a multi-organ pathology 2 Lipid metabolism and inflammation in metabolic diseases 3 Non alcoholic fatty liver disease (NAFLD) 3.1 Mouse models of NAFLD 4 NKT cells in metabolic diseases 4.1 NKT cells in obesity 4.2 NKT cells in NAFLD 5 Potential NKT cell-independent roles of CD1d Materials and methods Results 2.1 Absence of CD1d on the Rag1-deficient background under constitutive conditions reduces neutral lipid accumulation in the liver 2.2 Deletion of CD1d on a Rag1-deficient background reduces hepatic neutral lipid accumulation in response to a HFD and protects from liver injury 2.3 Choline-deficient HFD as a model of NASH shows no difference between CD1d-deficient Rag1-deficient mice and CD1d-proficient littermates Discussion References Appendix 132 List of abbreviations 132 List of tables 137 List of figures 138 Acknowledgments Anlage 1 Anlage 2 / Cluster of differentiation 1 (CD1) d is an atypical antigen-presenting glycoprotein which binds diverse lipid classes including glycerophospholipids and sphingolipids. Trafficking through secretory and endolysosomal compartments, CD1d broadly surveys the cell for endogenous (self) and exogenous (e.g. microbial) lipids and presents those lipids to a subset of T cells, named natural killer T (NKT) cells. NKT cells exhibit rapid and abundant cytokine secretion upon antigen recognition, leading to a broad activation of other innate and adaptive immune cell populations such as dendritic cells, natural killer cells, B cells, and conventional T cells. My thesis studied CD1d and NKT cells in the context of intestinal tumorigenesis (chapter I) and investigated a novel NKT cell-independent role of CD1d in the regulation of hepatic lipid metabolism (chapter II). CD1d and NKT cells in intestinal tumor development NKT cells modulate intestinal inflammation and tumor development in a CD1d-dependent manner. Different models and strategies have been used to elucidate the role of NKT cell subsets in these processes, highlighting a complexity of regulation by specific NKT cells subsets, namely invariant (i)NKT cells and diverse (d)NKT cells, and other immune cells and mediators in the tumor microenvironment. In addition, CD1d, which is ubiquitously expressed, can elicit cell-type specific effects on NKT cell subsets as shown in intestinal inflammation, where intestinal epithelial cell (IEC) CD1d provide regulatory cues, while CD1d signal from bone marrow-derived cells promote intestinal inflammation. The first part of my thesis (chapter I) aimed at further dissecting potential cell type-specific effects of CD1d in the activation of NKT cells in the context of intestinal tumorigenesis. Using the Cre-lox system to generate IEC- and myeloid-specific CD1d-deficient mice and the ApcMin/+ and Apcfl/wt mouse models of intestinal tumorigenesis, I investigated the effects of cell type-specific CD1d deficiency on iNKT cell immune responses and tumor development. My findings show that CD1d, presumably through iNKT cells, promotes tumor growth as shown in a model of constitutive CD1d deletion. While epithelial CD1d did not contribute to NKT cell-dependent tumor growth, myeloid deletion of CD1d was associated with a trend towards reduced tumor growth. These results suggest that myeloid CD1d promotes NKT cell-dependent tumor growth and that other, yet uncharacterized cells, have additional contributions to this process. NKT cell-independent roles of CD1d in the regulation of liver metabolism The second part of my thesis (chapter II) tackled the role of CD1d in the regulation of hepatic lipid metabolism under constitutive conditions and in the context of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), a prevalent metabolic liver disease which is associated, in a subset of individuals, with immune-mediated progression to liver fibrosis and cirrhosis. Inflammation has an important role in the progression of NAFLD and metabolic diseases, and iNKT cells have been linked to these processes. Specifically, constitutive deletion of CD1d, which is associated with loss of NKT cells, has been demonstrated to influence hepatic lipid metabolism and the progression of NAFLD. In this thesis, I investigated whether the effects of CD1d are indeed dependent on NKT cells or whether CD1d has direct, NKT cell-independent effects on liver metabolism. CD1d is expressed ubiquitously and abundantly by various cell types including enterocytes, adipocytes and hepatocytes, and it binds to a plethora of endogenous cellular lipids through the interaction with lipid transfer proteins, which are important regulators of lipid metabolism. To investigate CD1d-mediated effects that are independent from NKT cells, CD1d-proficient and CD1d-deficient mice were analyzed on a recombination activating 1 (Rag1)-deficient background, which lacks mature T and B cells including NKT cells due to the lack of VDJ recombination. My results demonstrate that CD1d can regulate hepatic lipid metabolism in an NKT cell-independent manner under constitutive conditions and in the context of models of NAFDL. The mechanisms by which CD1d can directly regulate hepatic lipid metabolism are currently being addressed. In conclusion, in this thesis I have characterized the cellular contributions to CD1d- and NKT cell-dependent regulation of intestinal tumor development. In addition, I have identified a novel, NKT cell-independent effect of CD1d on hepatic lipid metabolism.:Zusammenfassung Summary General introduction 1 The CD1 family of antigen presenting proteins 1.1 Structure of CD1 proteins 1.2 Trafficking of CD1 proteins 1.3 Lipid transfer proteins 1.4 CD1 associated lipid repertoire 2 CD1d-restricted T cells 2.1 Lipid antigens presented to CD1 restricted T cells 2.2 NKT cell subsets 2.3 NKT cells in homeostasis and disease Chapter I: CD1d in intestinal tumor development Introduction 1 The role of CD1d and NKT cells in intestinal homeostasis 1.1 The intestine: structure and function 1.2 Immune cell populations in the intestine 1.3 Interplay between iNKT cells and intestinal microbiota 1.3.1 The intestinal microbiota shapes mucosal iNKT cells 1.3.2 Effect of the microbiota on systemic iNKT cells 1.3.3 Bacterial lipid antigens influence iNKT cell-dependent mucosal immunity 1.3.4 Effect of CD1d deficiency on commensals 2 CD1d & NKT cells in cancer 2.1 Enhancing anti-tumor immunity 2.2 Suppressing anti-tumor immunity 3 CD1d & NKT cells in colorectal cancer 3.1 Spontaneous tumorigenesis 3.2 Intestinal inflammation and inflammation-induced cancer Aim of the study Materials and Methods Results 1.1. Validation of the conditional CD1d knockout mouse lines 1.2. Analysis of tumorigenesis in the ApcMin/+ and Apcfl/wt models 1.3. The impact of myeloid cell-specific deletion of CD1d on spontaneous tumor development 1.4. The impact of intestinal epithelial cell specific deletion of CD1d on spontaneous tumorigenesis 1.5. Analysis of constitutive deletion of CD1d in spontaneous tumorigenesis model Discussion Chapter II: CD1d and hepatic lipid metabolism in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) Introduction 1 Metabolic diseases as a multi-organ pathology 2 Lipid metabolism and inflammation in metabolic diseases 3 Non alcoholic fatty liver disease (NAFLD) 3.1 Mouse models of NAFLD 4 NKT cells in metabolic diseases 4.1 NKT cells in obesity 4.2 NKT cells in NAFLD 5 Potential NKT cell-independent roles of CD1d Materials and methods Results 2.1 Absence of CD1d on the Rag1-deficient background under constitutive conditions reduces neutral lipid accumulation in the liver 2.2 Deletion of CD1d on a Rag1-deficient background reduces hepatic neutral lipid accumulation in response to a HFD and protects from liver injury 2.3 Choline-deficient HFD as a model of NASH shows no difference between CD1d-deficient Rag1-deficient mice and CD1d-proficient littermates Discussion References Appendix 132 List of abbreviations 132 List of tables 137 List of figures 138 Acknowledgments Anlage 1 Anlage 2

In den letzten Jahren ergaben sich vermehrt Hinweise, dass dendritische Zellen (DCs) zu einer Stimulation von Natürlichen „Killer“ (NK)-Zellen in der Lage sind, die als zytotoxische Effektorzellen des angeborenen Immunsystems Tumorzellen eliminieren. Aus diesem Grund bestand ein wesentliches Ziel dieser Arbeit in der Analyse der Wechselwirkungen zwischen nativen DCs und NK-Zellen. Dazu wurden slanDCs verwendet, welche die größte DC-Subpopulation des Blutes repräsentieren. Zunächst wurde evaluiert, ob slanDCs eine effiziente Aktivierung von NK-Zellen bewirken. Als ein Ergebnis zeigte sich, dass Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierte slanDCs sowohl zu einer verstärkten Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf der Oberfläche von NK-Zellen als auch zur Induktion der NK-Zell-Proliferation führen. Darüber hinaus wurde erstmals die slanDC-abhängige Erhöhung der Expression von aktivierenden Rezeptoren (NKp46, NKp44, NKp30) und Korezeptoren (2B4, DNAM-1) auf NK-Zellen demonstriert, welche essentiell für die NK-Zell-vermittelte Erkennung und Lyse von Tumorzellen sind. In weiteren Untersuchungen induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine erhebliche Produktion von Interferon (IFN)-gamma in NK-Zellen, welches proliferationshemmend auf Tumorzellen und aktivierend auf T-Lymphozyten wirkt. Funktionelle Analysen ergaben, dass aktivierte slanDCs das zytotoxische Potential von NK-Zellen gegenüber der Tumorzelllinie K-562 deutlich verstärken. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten die herausragende Bedeutung von IL-12, das sowohl die Steigerung der IFN-gamma-Sekretion als auch die Zunahme der zytolytischen Aktivität von NK-Zellen induzierte. Darüber hinaus konnte erstmals gezeigt werden, dass LPS-aktivierte slanDCs eine Zytotoxizität von NK-Zellen gegenüber frisch etablierten Blasten von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie induzieren. In weiteren Untersuchungen wurde evaluiert, ob NK-Zellen ihrerseits die immunstimulatorischen Eigenschaften von slanDCs beeinflussen. Die Analysen zeigten erstmals, dass unstimulierte NK-Zellen die Expression von MHC-Klasse II-Molekülen, kostimulatorischen Molekülen und Adhäsionsmolekülen auf slanDCs deutlich erhöhen und somit ihre Fähigkeit zur Aktivierung von CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+ T-Helferzellen fördern. NK-Zellen führen ebenfalls zu einer deutlichen Verstärkung der Produktion von IL-12 durch LPS-stimulierte slanDCs. Darüber hinaus zeigte sich, dass NK-Zellen die Sekretion des immunsuppressiven Zytokins IL-10 durch LPS-stimulierte slanDCs reduzieren. In weiteren Analysen wurde demonstriert, dass die Interaktionen mit NK Zellen die Fähigkeit von LPS-aktivierten slanDCs zur Programmierung naiver CD4+ T-Lymphozyten in IFN-gamma-produzierende T-Helfer-1-Zellen deutlich verstärken. Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass stimulierte slanDCs und NK-Zellen in der Lage sind, sich wechselseitig zu aktivieren. NKT-Zellen repräsentieren eine weitere bedeutende Effektorzellpopulation der frühen antitumoralen Immunabwehr, die durch Sekretion von Zytokinen und ein ausgeprägtes zytolytisches Potential zur Elimination von Tumorzellen beiträgt. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Wechselwirkungen zwischen slanDCs und NKT-Zellen analysiert. Dabei verstärkten LPS-stimulierte slanDCs die Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf NKT-Zellen. Darüber hinaus induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine deutliche IFN-gamma-Produktion in NKT-Zellen, wobei erneut die zentrale Rolle von IL-12 gezeigt wurde. Diese Ergebnisse demonstrierten, dass stimulierte slanDCs zu einer effektiven Aktivierung von NKT Zellen in der Lage sind. In abschließenden Untersuchungen wurde die Wirkung von NKT-Zellen auf slanDCs evaluiert. Dabei verstärkten NKT-Zellen die Maturierung von slanDCs erheblich und führten zu einer signifikanten Steigerung der IL-12-Produktion sowie zu einer Reduktion der IL-10-Freisetzung in Abhängigkeit von IFN-gamma. Die gewonnenen Daten demonstrierten, dass NKT-Zellen und slanDCs zu einer gegenseitigen Aktivierung befähigt sind. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse zu den Interaktionen von slanDCs und NK- bzw. NKT-Zellen können einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Immunabwehr von Tumoren leisten und die Konzeption neuer antitumoraler Therapiestrategien unterstützen.

Stimulating lymphocytes with Ifn-γ, anti-CD3, and interleukin-2 promotes the proliferation of a cell population coexpressing T-lymphocyte surface antigens such as CD3, CD8a, and CD25 as well as natural killer cell markers such as NK1.1, CD49, and CD69. These cells, referred to as cytokine-induced killer cells (CIKs), display cytotoxic activity against tumour cells, even without prior antigen presentation, and offer a new cell-based approach to the treatment of malignant diseases. Because CIKs are limited in vivo, strategies to optimize in vitro culture yield are required. In the last 10 years, mesenchymal stem cells (MSCs) have gathered considerable attention. Aside from their uses in tissue engineering and as support in haematopoietic stem cell transplantations, MSCs show notable immunomodulatory characteristics, providing further possibilities for therapeutic applications. In this study, we investigated the influence of murine MSCs on proliferation, phenotype, vitality, and cytotoxicity of murine CIKs in a coculture system. We found that CIKs in coculture proliferated within 7 days, with an average growth factor of 18.84, whereas controls grew with an average factor of 3.7 in the same period. Furthermore, higher vitality was noted in cocultured CIKs than in controls. Cell phenotype was unaffected by coculture with MSCs and, notably, coculture did not impact cytotoxicity against the tumour cells analysed. The findings suggest that cell–cell contact is primarily responsible for these effects. Humoral interactions play only a minor role. Furthermore, no phenotypical MSCs were detected after coculture for 4 h, suggesting the occurrence of immune reactions between CIKs and MSCs. Further investigations with DiD-labelled MSCs revealed that the observed disappearance of MSCs appears not to be due to differentiation processes.

Stimulating lymphocytes with Ifn-γ, anti-CD3, and interleukin-2 promotes the proliferation of a cell population coexpressing T-lymphocyte surface antigens such as CD3, CD8a, and CD25 as well as natural killer cell markers such as NK1.1, CD49, and CD69. These cells, referred to as cytokine-induced killer cells (CIKs), display cytotoxic activity against tumour cells, even without prior antigen presentation, and offer a new cell-based approach to the treatment of malignant diseases. Because CIKs are limited in vivo, strategies to optimize in vitro culture yield are required. In the last 10 years, mesenchymal stem cells (MSCs) have gathered considerable attention. Aside from their uses in tissue engineering and as support in haematopoietic stem cell transplantations, MSCs show notable immunomodulatory characteristics, providing further possibilities for therapeutic applications. In this study, we investigated the influence of murine MSCs on proliferation, phenotype, vitality, and cytotoxicity of murine CIKs in a coculture system. We found that CIKs in coculture proliferated within 7 days, with an average growth factor of 18.84, whereas controls grew with an average factor of 3.7 in the same period. Furthermore, higher vitality was noted in cocultured CIKs than in controls. Cell phenotype was unaffected by coculture with MSCs and, notably, coculture did not impact cytotoxicity against the tumour cells analysed. The findings suggest that cell–cell contact is primarily responsible for these effects. Humoral interactions play only a minor role. Furthermore, no phenotypical MSCs were detected after coculture for 4 h, suggesting the occurrence of immune reactions between CIKs and MSCs. Further investigations with DiD-labelled MSCs revealed that the observed disappearance of MSCs appears not to be due to differentiation processes.:Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis IV Bibliographische Beschreibung V Abkürzungsverzeichnis VII 1 Einleitung 1 1.1 CIK-Zellen (CIK) 3 1.1.1 Merkmale von CIK-Zellen 3 1.1.2 Wirkungsmechanismen von CIK-Zellen 3 1.1.3 Studienlage 4 1.1.4 Bisherige Ansätze zur Verbesserung der Kultivierungsbedingungen 6 1.2 Mesenchymale Stammzellen (MSC) 7 1.2.1 Allgemein 7 1.2.2 Differenzierung von MSC 7 1.2.3 Heterogenität und Einflussfaktoren der MSC - Identitätsproblematik 8 1.2.4 Charakterisierung von MSC 9 1.2.5 Therapeutische Einsatzmöglichkeiten von MSC 11 2 Zielformulierung 15 3 Material und Methoden 16 3.1 Tiere 16 3.2 Materialien 17 3.2.1 Materialien für Zellkultur 17 3.2.2 Materialien für FACS-Analyse 18 3.2.3 Materialien für Zytotoxizitätsassay 19 3.2.4 Materialien für CFU-F-Assay 20 3.3 Methoden 21 3.3.1 Statistische Auswertung 21 3.3.2 Zellkultur 22 3.3.3 FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) 26 3.3.4 Markierung der MSC mit DiD 28 3.3.5 Zytotoxizitätsassay (LDH-Freisetzungsassay) 29 3.3.6 CFU-F-Assay 32 4 Ergebnisse 34 4.1 Beeinflussung der Wachstumskurve 34 4.1.1 Der Wachstumskurvenverlauf von CIK-Zellen (Kontrollen) 34 4.1.2 Der Wachstumskurvenverlauf von CIK-Zellen in der Kokultur mit MSC 35 4.1.3 Der Wachstumskurvenverlauf in MSC-konditioniertem Medium 37 4.1.4 Der Wachstumskurvenverlauf bei Restimulierung an Tag 14 38 4.2 Beeinflussung des Oberflächenphänotyps 40 4.2.1 Der Oberflächenphänotyp von CIK-Zellen 40 4.2.2 Vergleich Oberflächenphänotyp Kontrollen mit kokultivierten CIK 43 4.3 Beeinflussung der Vitalität 46 4.4 Beeinflussung der Zytotoxizität 48 4.5 Identifizierung der MSC 49 4.5.1 Adhärenz an Plastikoberflächen 50 4.5.2 Fibroblastenähnliche Wachstumsmorphologie 50 4.5.3 Wachstum in Colony-Forming-Units 51 4.5.4 Der Oberflächenphänotyp von MSC 53 4.6 Schicksal der MSC in der Kokultur 54 4.6.1 Der Oberflächenphänotyp der adhärenten Zellen nach Kokultur 54 4.6.2 Kokultur mit DiD gelabelten MSC 57 5 Diskussion 59 5.1 Beeinflussung der Wachstumskurve 60 5.1.1 Mechanismen der Beeinflussung des Wachstumskurvenverlaufs 60 5.1.2 Fehlerbetrachtung 68 5.2 Identifizierung der CIK sowie Beeinflussung von Phänotyp und Vitalität 69 5.3 Beeinflussung der Zytotoxizität 70 5.3.1 Vergleich Zytotoxizität Kontrollen mit Kokulturen 70 5.3.2 Fehlerbetrachtung 71 5.4 Identifizierung der MSC 72 6 Schlussfolgerung 75 7 Ausblick 77 8 Zusammenfassung 79 Literaturverzeichnis 83 Danksagung I