L’élimination des cellules infectées par apoptose constitue un mécanisme de défense antivirale. Les virus de l’herpès simplex (HSV) de type 1 et 2 encodent des facteurs qui inhibent l’apoptose induite par la réponse antivirale. La sous-unité R1 de la ribonucléotide réductase d’HSV-2 (ICP10) possède une fonction anti-apoptotique qui protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par les récepteurs de mort en agissant en amont ou au niveau de l’activation de la procaspase-8. Puisqu’une infection avec un mutant HSV-1 déficient pour la R1 diminue la résistance des cellules infectées vis à vis du TNFα, il a été suggéré que la R1 d’HSV-1 (ICP6) pourrait posséder une fonction anti-apoptotique. Le but principal de cette thèse est d’étudier le mécanisme et le potentiel de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV-1 et de la R1 d'HSV-2. Dans une première étude, nous avons investigué le mécanisme de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV en utilisant le TNFα et le FasL, deux inducteurs des récepteurs de mort impliqués dans la réponse immune anti-HSV. Cette étude a permis d’obtenir trois principaux résultats concernant la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Premièrement, la R1 d’HSV-1 inhibe l’apoptose induite par le TNFα et par le FasL aussi efficacement que la R1 d’HSV-2. Deuxièmement, la R1 d’HSV-1 est essentielle à l’inhibition de l’apoptose induite par le FasL. Troisièmement, la R1 d’HSV interagit constitutivement avec la procaspase-8 d’une manière qui inhibe la dimérisation et donc l’activation de la caspase-8. Ces résultats suggèrent qu’en plus d’inhiber l’apoptose induite par les récepteurs de mort la R1 d’HSV peut prévenir l’activation de la caspase-8 induite par d’autres stimuli pro-apoptotiques. Les ARN double-brins (ARNdb) constituant un intermédiaire de la transcription du génome des HSV et activant l’apoptose par une voie dépendante de la caspase-8, nous avons testé dans une seconde étude l’impact de la R1 d’HSV sur l’apoptose induite par l’acide polyriboinosinique : polyribocytidylique (poly(I:C)), un analogue synthétique des ARNdb. Ces travaux ont montré qu’une infection avec les HSV protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV-1 joue un rôle majeur dans l’inhibition de l’activation de la caspase-8 induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV interagit non seulement avec la procaspase-8 mais aussi avec RIP1 (receptor interacting protein 1). En interagissant avec RIP1, la R1 d’HSV-2 inhibe l’interaction entre RIP1 et TRIF (Toll/interleukine-1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon β), l’adaptateur du Toll-like receptor 3 qui est un détecteur d’ARNdb , laquelle est essentielle pour signaler l’apoptose induite par le poly(I:C) extracellulaire et la surexpression de TRIF. Ces travaux démontrent la capacité de la R1 d’HSV à inhiber l’apoptose induite par divers stimuli et ils ont permis de déterminer le mécanisme de l’activité anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Très tôt durant l’infection, cFLIP, un inhibiteur cellulaire de la caspase-8, est dégradé alors que la R1 d’HSV s’accumule de manière concomitante. En interagissant avec la procapsase-8 et RIP1, la R1 d’HSV se comporte comme un inhibiteur viral de l’activation de la procaspase-8 inhibant l’apoptose induite par les récepteurs de mort et les détecteurs aux ARNdb. / Elimination of infected cells by apoptosis constitutes an ancestral mechanism of host defense against viral infection. Herpes simplex viruses (HSVs) encode several viral factors to counteract the apoptotic antiviral response. Among them, the R1 subunit of HSV type-2 ribonucleotide reductase (HSV-2 R1, also named ICP10), protects cells by interrupting death receptor-mediated signaling at, or upstream of, caspase-8 activation. Since protection against tumor necrosis factor alpha (TNFα)-induced apoptosis is decreased un cells infected with an HSV type-1 R1 null mutant, it has been proposed that HSV-1 R1 (ICP6) could also possess an antiapoptotic activity. The fundamental goal of this thesis is to better understand the mechanism and the potential of the HSV R1s antiapoptotic activity. In a first study, we investigated the mechanism of the antiapoptotic activity of HSV R1s by using TNFα and Fas ligand (FasL), two death-receptor inducers involved in anti-HSVs immune response. From this work, we report three main findings on the antiapoptotic activity of HSV R1s. First, HSV-1 R1 like HSV-2 R1 has the ability to protect cells against TNFα- and FasL-induced apoptosis. Second, HSV-1 R1 contributes in protecting infected cells against FasL. Third, HSV R1s and procaspase-8 interact in a way that inhibits the dimerization/activation of caspase-8. These results suggest that in addition to counteracting death receptor-induced apoptosis, HSV R1s could inhibit apoptosis induced by other signals that trigger caspase-8 activation during HSV infection. Double-stranded RNA (dsRNA) are viral intermediates notably produced by HSVs and have been shown to induce apoptosis via caspase-8 activation. We tested in a second study whether HSV R1s have the ability to counteract apoptosis triggered by polyriboinosinic : polyribocytidylic acid (poly(I:C)), a synthetic analog of dsRNA that triggers caspase-8 activation. We showed that HSVs infection protect epithelial cells from apoptosis induced by poly(I:C). We established that HSV-1 R1 is essential for the protection of HSV-1-infected cells against poly(I:C)-induced caspase-8 activation. HSV R1s interact not only with procaspase-8 but also with the receptor interacting protein 1 (RIP1). The interaction between RIP1 and HSV-2 R1 inhibits the binding of RIP1 to the Toll/interleukine-1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon β (TRIF), the adaptor of Toll-like receptor 3 that is an extracellular dsRNA sensor, which is required to activate caspase-8 following extracellular poly(I:C) stimulation and TRIF overexpression. Thus, HSV R1s have the ability to inhibit poly(I:C)-induced apoptosis at several levels by preventing caspase-8 dimerization/activation and TRIF RIP1 interaction. This work sheds light on the ability of HSV R1s to manipulate apoptosis. Early during the lytic cycle, protein levels of the cellular inhibitors of caspase-8 as cFLIP drop but HSV R1s accumulate concomitantly and act as a viral inhibitor of apoptosis by binding to procaspase-8 and RIP1 in a way that impairs caspase-8 activation by death-receptors and dsRNA detectors stimulation.

A artrite séptica (AS), também chamada de artrite infecciosa, é uma doença inflamatória das articulações iniciada por um agente infeccioso. O agente causal mais comum da SA é Staphylococcus aureus (S. aureus). A patogênese da SA inclui uma resposta inflamatória complexa envolvendo sistema imune inato e adaptativo. As citocinas liberadas a partir de macrófagos, tais como TNF-?, IL-1? e IL-6, foram classicamente apontadas como os principais mediadores da inflamação grave que precede a destruição da cartilagem e osso e a disfunção articular permanente mediante a AS. A evidência radiológica está frequentemente presente, mas não diferencia o afrouxamento mecânico do septo das articulações. Portanto, se houver algum indício de suspeita de infecção, deve ser aspirado para avaliação microbiológica. Recentemente, as tecnologias de imagem como a micro tomografia computadorizada (?CT) foram amplamente utilizadas para modelos pré-clínicos de distúrbios articulares auto-imunes. No entanto, as características radiológicas da AS em camundongos ainda são amplamente desconhecidas. No estudo atual, os camundongos NMRI foram inoculados intravenosamente ou intra-articularmente com a cepas de S. aureus Newman ou LS-1. Os sinais radiológicos e clínicos da artrite séptica foram acompanhados durante 10 dias usando ?CT. Avaliamos as correlações entre alterações radiológicas conjuntas e sinais clínicos, alterações histológicas e níveis séricos de citocinas. Nos dias 5-7 após a infecção intravenosa, a destruição óssea verificada por ?CT tornou-se evidente na maioria das articulações infectadas. Os sinais radiológicos de destruição óssea eram dependentes da dose bacteriana. O local mais comumente afetado pela artrite séptica foi o fêmur distal nos joelhos. A destruição óssea detectada pelo ?CT foi correlacionada positivamente com alterações histológicas na artrite séptica local e hematogênica. Os níveis séricos de IL-6 foram significativamente correlacionados com a gravidade da destruição das articulações. Coletivamente, nossos dados mostram que o ?CT é um método sensível para monitorar a progressão da doença e determinar a gravidade da destruição óssea em um modelo de artrite séptica do mouse; enquanto que a IL-6 é um potencial biomarcador de destruição óssea na artrite séptica. / Extracellular vesicles (EVs) are heterogeneous population of nano- and micro-sized vesicles secreted from almost every cell type. The process of EV secretion seems to be evolutionary conserved across the species kingdoms, ranging from simple prokaryotes to higher eukaryotes including bacteria, viruses, and parasitic protozoa such as leishmania and malarial parasites, fungi, plants and animals. Recent data suggests that Staphylococcus aureus (S. aureus) bacteria secretes EVs that could mediate host-pathogen interactions. EVs have been investigated in various bacterial species which modulate the secretion of immunoregulatory molecules such as cytokines and may have key role in infection. However, their role in S. aureus septic arthritis has not been explored yet. In current study, we postulate novel perspectives for the implementation of S. aureus-derived EVs in vitro as well as in vivo model of septic arthritis. EVs derived from S. aureus were applied to stimulate mice splenocytes in vitro as well as intra-articularly and the cytokine levels were measured. Our results showed that S. aureus derived EVs potentially provoke the production of proinflammatory cytokines. TNF-?, and IL-6 were significantly elevated in splenocytes in vitro after EV-based stimulation. Moreover, NMRI mice were injected with variable doses of EVs intraarticularly and mice were observed for 10 days to examine inflammation and development of septic arthritis. Bone and cartilage destruction was assessed by histochemistry analysis to score the joint erosion. Altogether, our results demonstrate the putative role of S. aureus-derived EVs in provoking inflammation and immunological responses suggesting that these vesicles could induce and disseminate systemic immune response during the development of septic arthritis.

A artrite séptica (AS), também chamada de artrite infecciosa, é uma doença inflamatória das articulações iniciada por um agente infeccioso. O agente causal mais comum da SA é Staphylococcus aureus (S. aureus). A patogênese da SA inclui uma resposta inflamatória complexa envolvendo sistema imune inato e adaptativo. As citocinas liberadas a partir de macrófagos, tais como TNF-?, IL-1? e IL-6, foram classicamente apontadas como os principais mediadores da inflamação grave que precede a destruição da cartilagem e osso e a disfunção articular permanente mediante a AS. A evidência radiológica está frequentemente presente, mas não diferencia o afrouxamento mecânico do septo das articulações. Portanto, se houver algum indício de suspeita de infecção, deve ser aspirado para avaliação microbiológica. Recentemente, as tecnologias de imagem como a micro tomografia computadorizada (?CT) foram amplamente utilizadas para modelos pré-clínicos de distúrbios articulares auto-imunes. No entanto, as características radiológicas da AS em camundongos ainda são amplamente desconhecidas. No estudo atual, os camundongos NMRI foram inoculados intravenosamente ou intra-articularmente com a cepas de S. aureus Newman ou LS-1. Os sinais radiológicos e clínicos da artrite séptica foram acompanhados durante 10 dias usando ?CT. Avaliamos as correlações entre alterações radiológicas conjuntas e sinais clínicos, alterações histológicas e níveis séricos de citocinas. Nos dias 5-7 após a infecção intravenosa, a destruição óssea verificada por ?CT tornou-se evidente na maioria das articulações infectadas. Os sinais radiológicos de destruição óssea eram dependentes da dose bacteriana. O local mais comumente afetado pela artrite séptica foi o fêmur distal nos joelhos. A destruição óssea detectada pelo ?CT foi correlacionada positivamente com alterações histológicas na artrite séptica local e hematogênica. Os níveis séricos de IL-6 foram significativamente correlacionados com a gravidade da destruição das articulações. Coletivamente, nossos dados mostram que o ?CT é um método sensível para monitorar a progressão da doença e determinar a gravidade da destruição óssea em um modelo de artrite séptica do mouse; enquanto que a IL-6 é um potencial biomarcador de destruição óssea na artrite séptica. / Extracellular vesicles (EVs) are heterogeneous population of nano- and micro-sized vesicles secreted from almost every cell type. The process of EV secretion seems to be evolutionary conserved across the species kingdoms, ranging from simple prokaryotes to higher eukaryotes including bacteria, viruses, and parasitic protozoa such as leishmania and malarial parasites, fungi, plants and animals. Recent data suggests that Staphylococcus aureus (S. aureus) bacteria secretes EVs that could mediate host-pathogen interactions. EVs have been investigated in various bacterial species which modulate the secretion of immunoregulatory molecules such as cytokines and may have key role in infection. However, their role in S. aureus septic arthritis has not been explored yet. In current study, we postulate novel perspectives for the implementation of S. aureus-derived EVs in vitro as well as in vivo model of septic arthritis. EVs derived from S. aureus were applied to stimulate mice splenocytes in vitro as well as intra-articularly and the cytokine levels were measured. Our results showed that S. aureus derived EVs potentially provoke the production of proinflammatory cytokines. TNF-?, and IL-6 were significantly elevated in splenocytes in vitro after EV-based stimulation. Moreover, NMRI mice were injected with variable doses of EVs intraarticularly and mice were observed for 10 days to examine inflammation and development of septic arthritis. Bone and cartilage destruction was assessed by histochemistry analysis to score the joint erosion. Altogether, our results demonstrate the putative role of S. aureus-derived EVs in provoking inflammation and immunological responses suggesting that these vesicles could induce and disseminate systemic immune response during the development of septic arthritis.

L’élimination des cellules infectées par apoptose constitue un mécanisme de défense antivirale. Les virus de l’herpès simplex (HSV) de type 1 et 2 encodent des facteurs qui inhibent l’apoptose induite par la réponse antivirale. La sous-unité R1 de la ribonucléotide réductase d’HSV-2 (ICP10) possède une fonction anti-apoptotique qui protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par les récepteurs de mort en agissant en amont ou au niveau de l’activation de la procaspase-8. Puisqu’une infection avec un mutant HSV-1 déficient pour la R1 diminue la résistance des cellules infectées vis à vis du TNFα, il a été suggéré que la R1 d’HSV-1 (ICP6) pourrait posséder une fonction anti-apoptotique. Le but principal de cette thèse est d’étudier le mécanisme et le potentiel de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV-1 et de la R1 d'HSV-2. Dans une première étude, nous avons investigué le mécanisme de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV en utilisant le TNFα et le FasL, deux inducteurs des récepteurs de mort impliqués dans la réponse immune anti-HSV. Cette étude a permis d’obtenir trois principaux résultats concernant la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Premièrement, la R1 d’HSV-1 inhibe l’apoptose induite par le TNFα et par le FasL aussi efficacement que la R1 d’HSV-2. Deuxièmement, la R1 d’HSV-1 est essentielle à l’inhibition de l’apoptose induite par le FasL. Troisièmement, la R1 d’HSV interagit constitutivement avec la procaspase-8 d’une manière qui inhibe la dimérisation et donc l’activation de la caspase-8. Ces résultats suggèrent qu’en plus d’inhiber l’apoptose induite par les récepteurs de mort la R1 d’HSV peut prévenir l’activation de la caspase-8 induite par d’autres stimuli pro-apoptotiques. Les ARN double-brins (ARNdb) constituant un intermédiaire de la transcription du génome des HSV et activant l’apoptose par une voie dépendante de la caspase-8, nous avons testé dans une seconde étude l’impact de la R1 d’HSV sur l’apoptose induite par l’acide polyriboinosinique : polyribocytidylique (poly(I:C)), un analogue synthétique des ARNdb. Ces travaux ont montré qu’une infection avec les HSV protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV-1 joue un rôle majeur dans l’inhibition de l’activation de la caspase-8 induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV interagit non seulement avec la procaspase-8 mais aussi avec RIP1 (receptor interacting protein 1). En interagissant avec RIP1, la R1 d’HSV-2 inhibe l’interaction entre RIP1 et TRIF (Toll/interleukine-1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon β), l’adaptateur du Toll-like receptor 3 qui est un détecteur d’ARNdb , laquelle est essentielle pour signaler l’apoptose induite par le poly(I:C) extracellulaire et la surexpression de TRIF. Ces travaux démontrent la capacité de la R1 d’HSV à inhiber l’apoptose induite par divers stimuli et ils ont permis de déterminer le mécanisme de l’activité anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Très tôt durant l’infection, cFLIP, un inhibiteur cellulaire de la caspase-8, est dégradé alors que la R1 d’HSV s’accumule de manière concomitante. En interagissant avec la procapsase-8 et RIP1, la R1 d’HSV se comporte comme un inhibiteur viral de l’activation de la procaspase-8 inhibant l’apoptose induite par les récepteurs de mort et les détecteurs aux ARNdb. / Elimination of infected cells by apoptosis constitutes an ancestral mechanism of host defense against viral infection. Herpes simplex viruses (HSVs) encode several viral factors to counteract the apoptotic antiviral response. Among them, the R1 subunit of HSV type-2 ribonucleotide reductase (HSV-2 R1, also named ICP10), protects cells by interrupting death receptor-mediated signaling at, or upstream of, caspase-8 activation. Since protection against tumor necrosis factor alpha (TNFα)-induced apoptosis is decreased un cells infected with an HSV type-1 R1 null mutant, it has been proposed that HSV-1 R1 (ICP6) could also possess an antiapoptotic activity. The fundamental goal of this thesis is to better understand the mechanism and the potential of the HSV R1s antiapoptotic activity. In a first study, we investigated the mechanism of the antiapoptotic activity of HSV R1s by using TNFα and Fas ligand (FasL), two death-receptor inducers involved in anti-HSVs immune response. From this work, we report three main findings on the antiapoptotic activity of HSV R1s. First, HSV-1 R1 like HSV-2 R1 has the ability to protect cells against TNFα- and FasL-induced apoptosis. Second, HSV-1 R1 contributes in protecting infected cells against FasL. Third, HSV R1s and procaspase-8 interact in a way that inhibits the dimerization/activation of caspase-8. These results suggest that in addition to counteracting death receptor-induced apoptosis, HSV R1s could inhibit apoptosis induced by other signals that trigger caspase-8 activation during HSV infection. Double-stranded RNA (dsRNA) are viral intermediates notably produced by HSVs and have been shown to induce apoptosis via caspase-8 activation. We tested in a second study whether HSV R1s have the ability to counteract apoptosis triggered by polyriboinosinic : polyribocytidylic acid (poly(I:C)), a synthetic analog of dsRNA that triggers caspase-8 activation. We showed that HSVs infection protect epithelial cells from apoptosis induced by poly(I:C). We established that HSV-1 R1 is essential for the protection of HSV-1-infected cells against poly(I:C)-induced caspase-8 activation. HSV R1s interact not only with procaspase-8 but also with the receptor interacting protein 1 (RIP1). The interaction between RIP1 and HSV-2 R1 inhibits the binding of RIP1 to the Toll/interleukine-1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon β (TRIF), the adaptor of Toll-like receptor 3 that is an extracellular dsRNA sensor, which is required to activate caspase-8 following extracellular poly(I:C) stimulation and TRIF overexpression. Thus, HSV R1s have the ability to inhibit poly(I:C)-induced apoptosis at several levels by preventing caspase-8 dimerization/activation and TRIF RIP1 interaction. This work sheds light on the ability of HSV R1s to manipulate apoptosis. Early during the lytic cycle, protein levels of the cellular inhibitors of caspase-8 as cFLIP drop but HSV R1s accumulate concomitantly and act as a viral inhibitor of apoptosis by binding to procaspase-8 and RIP1 in a way that impairs caspase-8 activation by death-receptors and dsRNA detectors stimulation.

Le Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë (SDRA) est une maladie inflammatoire courante en service de réanimation qui touche environ 10% des patients. Une augmentation pathologique de la rigidité et/ou de l'adhésion des leucocytes des patients atteints du SDRA semble être un des facteurs déclenchants majeurs de la maladie. Nous avons utilisé la microfluidique pour mimer le passage des cellules dans les capillaires pulmonaires. L'observation du passage de cellules modèles (lignée monocytaire humaine THP-1) dans des constrictions microfluidiques (H=12µm et W=6µm) a permis de mesurer leur temps d'entrée. Ensuite nous avons incubé des cellules dans des sérums issus de malades et étudié leurs caractéristiques de passage dans des constrictions microfluidiques en fonction du temps d'incubation et de la concentration en sérum. Ces résultats sont ensuite comparés à la composition des sérums en cytokines (IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10, IL-17, TNF-α, TGF-β et INF-γ). Des corrélations entre l'IL-8, IL-1β, le TNF-α et le temps d'entrée ont été trouvés. Ces deux cytokines peuvent jouer un rôle dans la rigidité cellulaire lors de cette maladie. En incubant ainsi nos cellules avec les recombinants humains (IL-8, IL-1β et Tnf-α), nous avons constaté une augmentation de la rigidité des cellules. D'un point de vue médical nous avons montré que l'utilisation d'anticorps bloquants anti IL-8, anti IL-1β et anti TNF-α permet de protéger les cellules. / The project consists in using microfluidic devices to test human leukocyte behavior in microcirculation. Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS) is a disease that affects numerous patients in intense care services with a rate of death 50%. It is triggered to the sequestration of neutrophils within the lung microvasculature. There is neither diagnostic nor efficient treatment now. We study the properties of the passage of THP-1, and real neutrophils in micro-channels of width 6µm. In order to improve the understanding of SDRA, we also incubate models cells in patient's serums who are suffering from ARDS and diagnostic tools are being developed in collaboration with the hospitals of Marseille.

Das kolorektale Karzinom (KRK) zählt zu den immunogenen Tumoren und zeichnet sich durch eine ausgeprägte Infiltration von verschiedenen Immunzell-Populationen aus. Dabei scheinen insbesondere CD8+ T-Lymphozyten und CD4+ T-Helfer-Zellen Typ 1 das Tumorwachstum zu beeinflussen und spielen somit eine zunehmende Rolle als prognostische Marker. Dementsprechend ergaben sich mehrere Hinweise, dass eine hohe Frequenz dieser beiden T-Zell-Populationen in KRK-Geweben mit einer erhöhten Überlebensrate assoziiert ist. Diese neuen Erkenntnisse könnten zukünftig in die Klassifikation des KRKs einfließen und therapeutische Entscheidungen beeinflussen. Im Gegensatz zu Tumor-infiltrierenden T-Zellen ist jedoch über die Frequenz und die Eigenschaften von nativen humanen dendritischen Zellen (DCs) in Kolonkarzinom-Geweben und deren mögliche Rolle in der immunologischen Abwehr von Tumoren nur sehr wenig bekannt. Als professionelle antigenpräsentierende Zellen spielen DCs eine Schlüsselrolle bei der Induktion und Aufrechterhaltung einer Tumor-gerichteten Immunantwort und können dadurch die Tumorentwicklung wesentlich beeinflussen. Daher wurden im Rahmen dieser Dissertation erstmalig Frequenz, Verteilung, Reifestatus und Zytokinexpression von 6-sulfo LacNAc+ (slan) DCs in Kolonkarzinom-Geweben sowie in korrespondierenden tumorfreien Kolon-Geweben untersucht. SlanDCs stellen eine große Subpopulation von humanen Blut-DCs dar, die nach Aktivierung hohe Konzentrationen von verschiedenen proinflammatorischen Zytokinen sezernieren. Darüber hinaus sind sie effizient in der Lage, die antitumoralen Eigenschaften von CD8+ T-Lymphozyten und CD4+ T-Helfer-Zellen sowie von Natürlichen Killer-Zellen zu fördern. Ausgehend von diesen Eigenschaften könnten slanDCs einen Beitrag zur Immunabwehr des Kolonkarzinoms leisten und somit das Tumorwachstum beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst mit Hilfe immunhistochemischer Färbungen der Nachweis von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben erbracht. In diesem Zusammenhang konnte eine höhere Frequenz von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben (Mittelwert: 16,69 slanDCs/mm2, n=38) im Vergleich zu den korrespondierenden tumorfreien Geweben (Mittelwert: 9,25 slanDCs/mm2, n=38) detektiert werden. Des Weiteren wurde eine höhere Dichte von infiltrierenden slanDCs in Kolonkarzinom-Gewebeproben (Mittelwert: 18,85 slanDCs/mm2, n=20) im Vergleich zu plasmazytoiden DCs (Mittelwert: 4,86 pDCs/mm2, n=20), welche eine andere Subpopulation von humanen DCs im Blut repräsentieren, nachgewiesen. Ausgehend von diesen Erkenntnissen erfolgten verschiedene Immunfluoreszenzfärbungen zur Untersuchung des Reifestatus und der Zytokinexpression der Kolonkarzinom-infiltrierenden slanDCs. Dabei konnten in allen zehn untersuchten Tumorgeweben CD83-exprimierende slanDCs detektiert werden (Mittelwert: 46,7 % CD83+ slanDCs), was auf einen reifen Phänotyp dieser DCs hinweist. Zudem erfolgte der Nachweis einer Interleukin (IL)-23-Expression in variabler Ausprägung durch infiltrierende slanDCs in zehn von elf analysierten Kolonkarzinom-Geweben (Mittelwert: 33,8 % IL-23+ slanDCs). Dabei stellte sich heraus, dass slanDCs einen wesentlichen Anteil der IL-23-exprimierenden Zellen in einigen untersuchten Gewebeproben darstellen. Eine Expression von Tumornekrosefaktor durch Kolonkarzinom-infiltrierende slanDCs wurde hingegen nur in einer geringen Frequenz detektiert. Weitere Untersuchungen identifizierten slanDCs als neue zelluläre Komponente der T-Zell-Zone von tertiären lymphoiden Strukturen (TLS) der Tumorumgebung des Kolonkarzinoms. Darüber hinaus wies ein deutlicher Anteil der dort lokalisierten slanDCs einen reifen Phänotyp oder eine Expression von IL-23 auf. Ausgehend von diesen neuen Ergebnissen könnten die infiltrierenden slanDCs an der Modulation einer adaptiven Immunantwort in der T-Zell-Zone Kolonkarzinom-assoziierter TLS beteiligt sein und einen Einfluss auf das Tumorwachstum ausüben. Weiterhin könnte die Expression des proinflammatorischen Zytokins IL-23 durch slanDCs im Tumor-umgebenden Stroma und in den TLS eine Induktion IL-17-produzierender Zellen fördern und damit auf eine Beteiligung der slanDCs an einem entzündungsbedingten Fortschreiten der Tumorerkrankung über die IL-23/IL-17-Achse hindeuten. Insgesamt leisten die gewonnenen Erkenntnisse einen Beitrag zum Verständnis der Rolle von humanen nativen DCs im Kolonkarzinom und könnten die Entwicklung neuer immuntherapeutischer Strategien in der Behandlung dieser Tumorerkrankung fördern. / Colorectal cancer as an immunogenic tumor is characterized by a marked infiltration of different immune cell populations. Especially CD8+ T-lymphocytes and CD4+ T helper cells type 1 seem to influence tumor growth and therefore play an increasing role as prognostic markers. Thus, it has been shown that high densities of these T cell subsets are associated with improved survival of colorectal cancer patients. These new insights could become part of the classification of colorectal cancer and influence therapeutic decisions. Despite these studies, little is known about the frequency and properties of native human dendritic cells (DCs) in colon cancer tissues and their potential role in antitumor immunity. DCs as professional antigen-presenting cells are critical for the induction and maintenance of antitumor immunity and can essentially influence tumor progression. Thus, the frequency, distribution, maturation, and cytokine expression of 6-sulfo LacNAc+ (slan) DCs in colon cancer tissues as well as in corresponding tumor-free colon specimens were investigated. SlanDCs represent a subset of human blood DCs that secrete large amounts of proinflammatory cytokines upon activation. Furthermore slanDCs are able to efficiently activate CD4+ T cells, tumor-reactive CD8 + T cells, and natural killer cells. Due to these functional properties, slanDCs may contribute to antitumor immunity and may influence tumor growth. Within this doctoral thesis the presence of slanDCs in primary colon cancer samples was immunohistochemically verified. In this context, a higher frequency of slanDCs in colon cancer tissues (mean: 16,69 slanDCs/mm2, n=38) in comparison to the corresponding tumor-free specimens (mean: 9,25 slanDCs/mm2, n=38) could be detected. Moreover, higher frequencies of infiltrating slanDCs in colon cancer tissues (mean: 18,85 slanDCs/mm2, n=20) were detectable compared to plasmacytoid DCs (mean: 4,86 pDCs/mm2, n=20), representing another human blood DC-subset. Based on these results, various immunofluorescence stainings were performed to investigate maturation and cytokine expression of the infiltrating slanDCs. SlanDCs expressing the maturation marker CD83 were detected in all 10 analyzed colon cancer tissues (mean: 46,7% CD83+ slanDCs). In addition, IL-23-expressing slanDCs were present at varying percentages in 10 of 11 evaluated colon cancer samples (mean: 33,8% IL-23+ slanDCs). Interestingly, in several tissues slanDCs represented a marked proportion of all IL-23-expressing cells. However, slanDCs expressing tumor necrosis factor could only be detected in low frequencies in the analyzed colon cancer specimens. Further studies revealed that slanDCs are a novel component of the T-cell zone of colon cancer-associated tertiary lymphoid structures (TLS). A proportion of these TLS-associated slanDCs displays a mature phenotype or express IL-23. These novel findings indicate that slanDCs may modulate adaptive immune responses in the T-cell zone of colon cancer-associated TLS and may contribute to the regulation of tumor progression. Furthermore the IL-23-expressing slanDCs in the tumor-surrounding stroma and the TLS may promote the generation of IL-17-producing cells and may participate in inflammation-related cancer progression mediated by the IL-23/IL-17 axis. These novel observations can help to decipher the role of human native DCs in colon cancer and may have implications for the design of therapeutic strategies against this tumor entity.

Die vorliegende publikationsbasierte Dissertationsschrift erörtert auf der Basis experimenteller Untersuchungen im Tiermodell die Auswirkungen von Stress auf die Zytokinproduktion und depressionsähnliches Verhalten. Außerdem wird getestet, ob die Blockade des Zytokins Tumornekrosefaktor-α (TNF‑α) eine Möglichkeit zur antidepressiven Intervention darstellt. Einleitend werden die Zusammenhänge von Stress, Zytokinen und Depression referiert sowie das hypothetische Modell erläutert, das den publizierten Untersuchungen zugrunde liegt. Es wird hypothetisiert, dass Stress zur Erhöhung der Produktion proinflammatorischer Zytokine führt und dass die vermehrte Zytokinproduktion depressive Verhaltensweisen hervorruft. Aus dieser Annahme leitet sich die Möglichkeit ab, durch Blockade der Wirkung des proinflammatorischen Zytokins TNF‑α antidepressive Effekte zu erzielen. In den beiden Arbeiten „The impact of social isolation on immunological parameters in rats“ (Archives of Toxicology) und „Stress-induced cytokine changes in rats“ (European Cytokine Network) wurde der Einfluss von sozialer Isolation, chronischem, milden und akutem Stress auf die Zytokinproduktion untersucht. In diesen Untersuchungen führten die verschiedenen Stressarten zu einer Modulation der Produktion proinflammatorischer Zytokine. Die dritte Publikation „Antidepressant effects of TNF‑α blockade in an animal model of depression“ (Journal of Psychiatric Research) berichtet von einem Experiment, in dem untersucht wurde, ob der TNF‑α-Inhibitor Etanercept antidepressive Effekte aufweist. Tatsächlich zeigte sich unter Etanercept ein Rückgang des depressionsähnlichen Verhaltens im forced swim test (FST) analog zu Verhaltensänderungen durch das in Tierversuchen als Standard-Antidepressivum geltende Imipramin. Die Autoren schlussfolgern, dass das Zytokinsystem durch Stress moduliert wird und so in die pathophysiologische Entwicklung einer Depression involviert sein könnte. Zytokininhibitoren könnten eine neue Klasse der Antidepressiva bei Therapieresistenz werden, wenn sich die Ergebnisse dieser Tierversuche in Studien an Probanden und an Patienten replizieren lassen.:Abkürzungsverzeichnis 5 1. Einführung 6 1.1. Zytokine 6 1.1.1. Tumornekrosefaktor-α 7 1.1.2. Interleukin‑1β 9 1.1.3. Interleukin‑2 9 1.1.4. Interleukin‑4 10 1.1.5. Interleukin‑6 10 1.1.6. Interleukin‑10 10 1.1.7. Interleukin‑17 11 1.1.8. Interleukin‑22 11 1.1.9. Interferon‑γ 12 1.2. Stress 12 1.2.1. Sympathikus und Zytokine 12 1.2.2. Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse und Zytokine 12 1.3. Stress und Immunsystem 13 1.4. Stressarten und ihre Paradigmen im Tierversuch 14 1.4.1. Stress durch Isolation bei Ratten 14 1.4.2. Forced Swim Test: Paradigma zur Messung depressionsähnlichen Verhaltens und Modell für akuten Stress 15 1.4.3. Restraint Stress 16 1.5. Depression und Stress 16 1.6. Depression und Entzündung 17 1.7. Neue Therapieansätze gegen Depression 18 1.8. Theoretisches Modell und Fragestellung 19 1.9. Bibliografie zur Einführung 20 2. Originalarbeiten 34 „The impact of social isolation on immunological parameters in rats“ 35 „Stress-induced cytokine changes in rats“ 38 „Antidepressant effects of TNF-α blockade in an animal model of depression“ 45 3. Zusammenfassung 51 4. Anhang 55 Erklärung über die selbständige Abfassung der Arbeit 55 Lebenslauf 56 Publikationen 57 Danksagung 58

This dissertation focuses on rationalised DNA design as a tool for the discovery and development of new therapeutic entities, as well as understanding the biological function of DNA beyond the storage of genetic information. The study is comprised of two main areas of study: (i) the use of DNA as a coding unit to illustrate the relationship between code-diversity and dynamics of self-assembly; and (ii) the use of DNA as an active unit that interacts and regulates a target protein. In the study of DNA as a coding unit in code-diversity and dynamics of self-assembly, we developed the DNA-Based Diversity Modelling and Analysis (DDMA) method. Using Polymerase Chain Reaction (PCR) and Real Time Polymerase Chain Reaction (RT-PCR), we studied the diversity and evolution of synthetic oligonucleotide populations. The manipulation of critical conditions, with monitoring and interpretation of their effects, lead to understanding how PCR amplification unfolding could reshape a population. This new take on an old technology has great value for the study of: (a) code-diversity, convenient in a DNA-based selection method, so semi-quantitation can evaluate a selection development and the population\'s behaviour can indicate the quality; (b) self-assembly dynamics, for the simulation of a real evolution, emulating a society where selective pressures direct the population's adaptation; and (c) development of high-entropy DNA structures, in order to understand how similar unspecific DNA structures are formed in certain pathologies, such as in auto-immune diseases. To explore DNA as an active unit in Tumour Necrosis Factor α (TNF-α) interaction and activity modulation, we investigate DNA's influence on its spatial conformation by physical environment regulation. Active TNF-α is a trimer and the protein-protein interactions between its monomers are a promising target for drug development. It has been hypothesised that TNF-α forms a very intricate network after its activation between its subunits and receptors, but the mechanism is still not completely clear. During our research, we estimate the non-specific DNA binding to TNF-α in the low micro-molar range. Cell toxicity assays confirm this interaction, where DNA consistently enhances TNF-α's cytotoxic effect. Further binding and structural studies lead to the same conclusion that DNA binds and interferes with TNF-α structure. From this protein-DNA interaction study, a new set of tools to regulate TNF-α's biological activity can be developed and its own biology can be unveiled.

Das kolorektale Karzinom (KRK) zählt zu den immunogenen Tumoren und zeichnet sich durch eine ausgeprägte Infiltration von verschiedenen Immunzell-Populationen aus. Dabei scheinen insbesondere CD8+ T-Lymphozyten und CD4+ T-Helfer-Zellen Typ 1 das Tumorwachstum zu beeinflussen und spielen somit eine zunehmende Rolle als prognostische Marker. Dementsprechend ergaben sich mehrere Hinweise, dass eine hohe Frequenz dieser beiden T-Zell-Populationen in KRK-Geweben mit einer erhöhten Überlebensrate assoziiert ist. Diese neuen Erkenntnisse könnten zukünftig in die Klassifikation des KRKs einfließen und therapeutische Entscheidungen beeinflussen. Im Gegensatz zu Tumor-infiltrierenden T-Zellen ist jedoch über die Frequenz und die Eigenschaften von nativen humanen dendritischen Zellen (DCs) in Kolonkarzinom-Geweben und deren mögliche Rolle in der immunologischen Abwehr von Tumoren nur sehr wenig bekannt. Als professionelle antigenpräsentierende Zellen spielen DCs eine Schlüsselrolle bei der Induktion und Aufrechterhaltung einer Tumor-gerichteten Immunantwort und können dadurch die Tumorentwicklung wesentlich beeinflussen. Daher wurden im Rahmen dieser Dissertation erstmalig Frequenz, Verteilung, Reifestatus und Zytokinexpression von 6-sulfo LacNAc+ (slan) DCs in Kolonkarzinom-Geweben sowie in korrespondierenden tumorfreien Kolon-Geweben untersucht. SlanDCs stellen eine große Subpopulation von humanen Blut-DCs dar, die nach Aktivierung hohe Konzentrationen von verschiedenen proinflammatorischen Zytokinen sezernieren. Darüber hinaus sind sie effizient in der Lage, die antitumoralen Eigenschaften von CD8+ T-Lymphozyten und CD4+ T-Helfer-Zellen sowie von Natürlichen Killer-Zellen zu fördern. Ausgehend von diesen Eigenschaften könnten slanDCs einen Beitrag zur Immunabwehr des Kolonkarzinoms leisten und somit das Tumorwachstum beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst mit Hilfe immunhistochemischer Färbungen der Nachweis von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben erbracht. In diesem Zusammenhang konnte eine höhere Frequenz von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben (Mittelwert: 16,69 slanDCs/mm2, n=38) im Vergleich zu den korrespondierenden tumorfreien Geweben (Mittelwert: 9,25 slanDCs/mm2, n=38) detektiert werden. Des Weiteren wurde eine höhere Dichte von infiltrierenden slanDCs in Kolonkarzinom-Gewebeproben (Mittelwert: 18,85 slanDCs/mm2, n=20) im Vergleich zu plasmazytoiden DCs (Mittelwert: 4,86 pDCs/mm2, n=20), welche eine andere Subpopulation von humanen DCs im Blut repräsentieren, nachgewiesen. Ausgehend von diesen Erkenntnissen erfolgten verschiedene Immunfluoreszenzfärbungen zur Untersuchung des Reifestatus und der Zytokinexpression der Kolonkarzinom-infiltrierenden slanDCs. Dabei konnten in allen zehn untersuchten Tumorgeweben CD83-exprimierende slanDCs detektiert werden (Mittelwert: 46,7 % CD83+ slanDCs), was auf einen reifen Phänotyp dieser DCs hinweist. Zudem erfolgte der Nachweis einer Interleukin (IL)-23-Expression in variabler Ausprägung durch infiltrierende slanDCs in zehn von elf analysierten Kolonkarzinom-Geweben (Mittelwert: 33,8 % IL-23+ slanDCs). Dabei stellte sich heraus, dass slanDCs einen wesentlichen Anteil der IL-23-exprimierenden Zellen in einigen untersuchten Gewebeproben darstellen. Eine Expression von Tumornekrosefaktor durch Kolonkarzinom-infiltrierende slanDCs wurde hingegen nur in einer geringen Frequenz detektiert. Weitere Untersuchungen identifizierten slanDCs als neue zelluläre Komponente der T-Zell-Zone von tertiären lymphoiden Strukturen (TLS) der Tumorumgebung des Kolonkarzinoms. Darüber hinaus wies ein deutlicher Anteil der dort lokalisierten slanDCs einen reifen Phänotyp oder eine Expression von IL-23 auf. Ausgehend von diesen neuen Ergebnissen könnten die infiltrierenden slanDCs an der Modulation einer adaptiven Immunantwort in der T-Zell-Zone Kolonkarzinom-assoziierter TLS beteiligt sein und einen Einfluss auf das Tumorwachstum ausüben. Weiterhin könnte die Expression des proinflammatorischen Zytokins IL-23 durch slanDCs im Tumor-umgebenden Stroma und in den TLS eine Induktion IL-17-produzierender Zellen fördern und damit auf eine Beteiligung der slanDCs an einem entzündungsbedingten Fortschreiten der Tumorerkrankung über die IL-23/IL-17-Achse hindeuten. Insgesamt leisten die gewonnenen Erkenntnisse einen Beitrag zum Verständnis der Rolle von humanen nativen DCs im Kolonkarzinom und könnten die Entwicklung neuer immuntherapeutischer Strategien in der Behandlung dieser Tumorerkrankung fördern.:Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis VI Abkürzungsverzeichnis VII 1 Einleitung 1 1.1 Das humane Immunsystem 1 1.2 Dendritische Zellen 2 1.2.1 Phänotyp und Funktion dendritischer Zellen 3 1.2.2 Aktivierung von T-Lymphozyten durch dendritische Zellen 4 1.2.3 Subpopulationen humaner dendritischer Zellen 6 1.3 Interaktion von Immunsystem und Tumor 8 1.4 Infiltration von Tumoren durch Immunzellen 10 1.5 Kolonkarzinome 11 1.5.1 Entwicklung, Charakteristika und Klassifikation kolorektaler Karzinome 12 1.5.2 Therapieansätze des Kolonkarzinoms 14 1.6 Zielstellung 17 2 Material und Methoden 19 2.1 Material 19 2.1.1 Chemikalien und Reagenzien 19 2.1.2 Lösungen und Puffer 19 2.1.3 Testkitsysteme 19 2.1.4 Antikörper zur Detektion von Oberflächenmolekülen 20 2.1.5 Seren 20 2.1.6 Geräte 21 2.1.7 Sonstige Materialien 21 2.1.8 Gewebeproben 21 2.2 Methoden 23 2.2.1 Vorbereitung der Gewebeproben zur Immunmarkierung 23 2.2.2 Immunhistochemischer Nachweis von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben 24 2.2.3 Untersuchung der Zytokinexpression von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben mit Fluoreszenzfärbungen 25 2.2.4 Nachweis der Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben mit einer Fluoreszenzfärbung 26 2.2.5 Analyse einer Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.6 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.7 Nachweis der Expression von CD83 und Interleukin-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 28 2.2.8 Auswertung der immunhistochemischen Färbungen von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und in tumorfreien Kolon-Geweben 29 2.2.9 Statistik 30 3 Ergebnisse 31 3.1 Nachweis von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 31 3.2 Assoziation der ermittelten Frequenz infiltrierender slanDCs mit der TNM-Klassifikation des Kolonkarzinoms 37 3.3 Nachweis von pDCs in Kolonkarzinom-Geweben 39 3.4 Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 42 3.5 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 44 3.6 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 47 3.7 Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 50 3.8 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 51 3.9 Expression von CD83 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 54 3.10 Expression von IL-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 56 4 Diskussion 57 4.1 DCs als zentrale Mediatoren einer Tumor-gerichteten Immunantwort 57 4.2 DCs als Komponente des Immunzellinfiltrats im Kolonkarzinom 58 4.2.1 Immunhistochemischer Nachweis von DCs in Kolonkarzinom-Geweben 58 4.2.2 Zielstrukturen eingesetzter Antikörper in immunhistochemischen Färbungen von DCs 60 4.2.3 SlanDCs als DC-Subpopulation in Kolonkarzinom-Geweben 61 4.3 Phänotyp infiltrierender slanDCs im Kolonkarzinom 64 4.3.1 Expression von CD83 durch slanDCs 64 4.3.2 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs 67 4.3.3 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs 69 4.4 SlanDCs als Komponente von tertiären lymphoiden Strukturen im Kolonkarzinom 71 5 Zusammenfassung 75 6 Summary 77 7 Literaturverzeichnis 79 Anlage 1 91 Anlage 2 92 Danksagung 93 / Colorectal cancer as an immunogenic tumor is characterized by a marked infiltration of different immune cell populations. Especially CD8+ T-lymphocytes and CD4+ T helper cells type 1 seem to influence tumor growth and therefore play an increasing role as prognostic markers. Thus, it has been shown that high densities of these T cell subsets are associated with improved survival of colorectal cancer patients. These new insights could become part of the classification of colorectal cancer and influence therapeutic decisions. Despite these studies, little is known about the frequency and properties of native human dendritic cells (DCs) in colon cancer tissues and their potential role in antitumor immunity. DCs as professional antigen-presenting cells are critical for the induction and maintenance of antitumor immunity and can essentially influence tumor progression. Thus, the frequency, distribution, maturation, and cytokine expression of 6-sulfo LacNAc+ (slan) DCs in colon cancer tissues as well as in corresponding tumor-free colon specimens were investigated. SlanDCs represent a subset of human blood DCs that secrete large amounts of proinflammatory cytokines upon activation. Furthermore slanDCs are able to efficiently activate CD4+ T cells, tumor-reactive CD8 + T cells, and natural killer cells. Due to these functional properties, slanDCs may contribute to antitumor immunity and may influence tumor growth. Within this doctoral thesis the presence of slanDCs in primary colon cancer samples was immunohistochemically verified. In this context, a higher frequency of slanDCs in colon cancer tissues (mean: 16,69 slanDCs/mm2, n=38) in comparison to the corresponding tumor-free specimens (mean: 9,25 slanDCs/mm2, n=38) could be detected. Moreover, higher frequencies of infiltrating slanDCs in colon cancer tissues (mean: 18,85 slanDCs/mm2, n=20) were detectable compared to plasmacytoid DCs (mean: 4,86 pDCs/mm2, n=20), representing another human blood DC-subset. Based on these results, various immunofluorescence stainings were performed to investigate maturation and cytokine expression of the infiltrating slanDCs. SlanDCs expressing the maturation marker CD83 were detected in all 10 analyzed colon cancer tissues (mean: 46,7% CD83+ slanDCs). In addition, IL-23-expressing slanDCs were present at varying percentages in 10 of 11 evaluated colon cancer samples (mean: 33,8% IL-23+ slanDCs). Interestingly, in several tissues slanDCs represented a marked proportion of all IL-23-expressing cells. However, slanDCs expressing tumor necrosis factor could only be detected in low frequencies in the analyzed colon cancer specimens. Further studies revealed that slanDCs are a novel component of the T-cell zone of colon cancer-associated tertiary lymphoid structures (TLS). A proportion of these TLS-associated slanDCs displays a mature phenotype or express IL-23. These novel findings indicate that slanDCs may modulate adaptive immune responses in the T-cell zone of colon cancer-associated TLS and may contribute to the regulation of tumor progression. Furthermore the IL-23-expressing slanDCs in the tumor-surrounding stroma and the TLS may promote the generation of IL-17-producing cells and may participate in inflammation-related cancer progression mediated by the IL-23/IL-17 axis. These novel observations can help to decipher the role of human native DCs in colon cancer and may have implications for the design of therapeutic strategies against this tumor entity.:Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis VI Abkürzungsverzeichnis VII 1 Einleitung 1 1.1 Das humane Immunsystem 1 1.2 Dendritische Zellen 2 1.2.1 Phänotyp und Funktion dendritischer Zellen 3 1.2.2 Aktivierung von T-Lymphozyten durch dendritische Zellen 4 1.2.3 Subpopulationen humaner dendritischer Zellen 6 1.3 Interaktion von Immunsystem und Tumor 8 1.4 Infiltration von Tumoren durch Immunzellen 10 1.5 Kolonkarzinome 11 1.5.1 Entwicklung, Charakteristika und Klassifikation kolorektaler Karzinome 12 1.5.2 Therapieansätze des Kolonkarzinoms 14 1.6 Zielstellung 17 2 Material und Methoden 19 2.1 Material 19 2.1.1 Chemikalien und Reagenzien 19 2.1.2 Lösungen und Puffer 19 2.1.3 Testkitsysteme 19 2.1.4 Antikörper zur Detektion von Oberflächenmolekülen 20 2.1.5 Seren 20 2.1.6 Geräte 21 2.1.7 Sonstige Materialien 21 2.1.8 Gewebeproben 21 2.2 Methoden 23 2.2.1 Vorbereitung der Gewebeproben zur Immunmarkierung 23 2.2.2 Immunhistochemischer Nachweis von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben 24 2.2.3 Untersuchung der Zytokinexpression von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben mit Fluoreszenzfärbungen 25 2.2.4 Nachweis der Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben mit einer Fluoreszenzfärbung 26 2.2.5 Analyse einer Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.6 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.7 Nachweis der Expression von CD83 und Interleukin-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 28 2.2.8 Auswertung der immunhistochemischen Färbungen von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und in tumorfreien Kolon-Geweben 29 2.2.9 Statistik 30 3 Ergebnisse 31 3.1 Nachweis von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 31 3.2 Assoziation der ermittelten Frequenz infiltrierender slanDCs mit der TNM-Klassifikation des Kolonkarzinoms 37 3.3 Nachweis von pDCs in Kolonkarzinom-Geweben 39 3.4 Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 42 3.5 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 44 3.6 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 47 3.7 Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 50 3.8 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 51 3.9 Expression von CD83 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 54 3.10 Expression von IL-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 56 4 Diskussion 57 4.1 DCs als zentrale Mediatoren einer Tumor-gerichteten Immunantwort 57 4.2 DCs als Komponente des Immunzellinfiltrats im Kolonkarzinom 58 4.2.1 Immunhistochemischer Nachweis von DCs in Kolonkarzinom-Geweben 58 4.2.2 Zielstrukturen eingesetzter Antikörper in immunhistochemischen Färbungen von DCs 60 4.2.3 SlanDCs als DC-Subpopulation in Kolonkarzinom-Geweben 61 4.3 Phänotyp infiltrierender slanDCs im Kolonkarzinom 64 4.3.1 Expression von CD83 durch slanDCs 64 4.3.2 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs 67 4.3.3 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs 69 4.4 SlanDCs als Komponente von tertiären lymphoiden Strukturen im Kolonkarzinom 71 5 Zusammenfassung 75 6 Summary 77 7 Literaturverzeichnis 79 Anlage 1 91 Anlage 2 92 Danksagung 93

La maladie de Crohn (MC) a une incidence élevée dans la population pédiatrique en Amérique du Nord et cette incidence est en augmentation. L’évolution naturelle de la MC est mal comprise. L'évolution du délai à la rémission au fil des ans et les causes influençant le délai à la rémission sont très limitées dans la littérature. Peu de facteurs de risque sont identifiés dans la littérature pour prédire les rechutes de la maladie chez les enfants. Le premier objectif de cette étude était de décrire les variations du phénotype clinique, des caractéristiques endoscopiques, histologiques et de laboratoire de la MC pédiatrique au cours de la dernière décennie et de décrire les variations saisonnières de la présentation de la maladie au moment du diagnostic. Le deuxième objectif était de décrire le délai à la rémission chez les enfants atteints de MC ainsi que son évolution au cours de la dernière décennie et de déterminer les facteurs associés au délai à la rémission. Le troisième objectif de l’étude était de décrire le taux de rechutes chez les enfants atteints de la MC, son évolution au cours de la dernière décennie et de déterminer les facteurs de risque associés à la rechute de la maladie. Les patients éligibles étaient âgés de 4 à 18 ans et diagnostiqués entre 2009 et 2019. Toutes les caractéristiques cliniques, endoscopiques, histologiques et de laboratoire des patients, ainsi que leurs traitements, ont été recueillis à partir de leurs dossiers médicaux. Des analyses de survie et des modèles de régression linéaire ont été utilisés pour évaluer l'impact de ces facteurs sur le délai à la rémission et des analyses de survie et des modèles de régression de Cox ont été utilisés pour évaluer l'impact de ces facteurs sur le risque de rechute. 654 patients ont été inclus dans cette étude de cohorte rétrospective. Le nombre de nouveaux diagnostics annuels de MC a augmenté au fil des ans et les patients diagnostiqués entre 2015 et 2019 avaient un âge au diagnostic plus bas (OR 2.53, IC à 95% [1.29; 4.98]), plus de maladies périanales (OR: 2.30, IC à 95% [ 1.52; 3.48]), plus de granulomes (OR: 1.61, IC à 95% [1.17; 2.22]), mais moins d’éosinophiles (OR: 0.35, IC à 95% [0.25; 0.48]) et moins d’infiltrat lympho-plasmocytaire chronique (OR: 0.56, IC à 95% [0.36; 0.86]) comparé aux patients diagnostiqués entre 2009 et 2014. Il y avait moins de diagnostics de MC chez les enfants en hiver. Les patients diagnostiqués à l'automne avaient une activité de la maladie plus faible (score PCDAI), moins de retard de croissance et des maladies digestives moins diffuses. Les MC diagnostiquées au printemps et à l’été avaient des taux d'hémoglobine plus faibles et des taux de vitesse de sédimentation plus élevés associées à plus d’atteintes articulaires et plus d'érythème noueux. La localisation colique était significativement plus fréquente l’été et l’automne. Il n'y a pas eu de changement dans le délai à la rémission au cours de la dernière décennie. Le sexe féminin chez les adolescents (coefficient de regression bêta ajusté (aβ) = 31.8 jours, p=0.02), l'atteinte du tube digestif supérieur (aβ= 46.4 jours, p=0.04), la maladie périanale (aβ= 32.2 jours, p=0.04), les signes d'inflammation active sur les biopsies (aβ= 46.7 jours, p=0.01) et l’exposition aux 5-ASA oraux lors de la phase d'induction (aβ= 56.6 jours, p=0.002) étaient associés à un délai à la rémission plus long. À l’inverse, l'utilisation d'antibiotiques (aβ= -29.3 jours, p=0.04), l’augmentation des éosinophiles sur les biopsies (aβ= -29.6 jours, p=0.008) et l'utilisation de la nutrition entérale exclusive comme traitement d'induction avec les anti TNF-alpha (aβ= -36.8 jours, p=0.04) étaient associés à un délai à la rémission plus court. Il y a eu une diminution du taux de rechute au cours de la dernière décennie : 69.59% chez les patients diagnostiqués entre 2009 et 2014 et 47.76% chez les patients diagnostiqués entre 2015 et 2019 (p<0.0001). Le sexe féminin (hazard ratio ajusté (aHR) = 1.51, p=0.0009), les scores PCDAI (aHR= 1.02, p=0.04) et SES-CD élevés (aHR= 1.03, p=0.03) au diagnostic, l'atteinte du tube digestif supérieur (aHR= 1.59, p=0.0003), l’utilisation des 5-ASA oraux (aHR= 1.91, p=0.0003), l’usage d'agents immunomodulateurs par rapport aux biologiques (methotrexate aHR= 1.91, p=0.0006; thiopurines aHR= 2.06, p<0.0001), la présence de granulomes (aHR= 1.27, p=0.04) et l’augmentation des éosinophiles sur les biopsies (aHR= 1.34, p=0.02), des niveaux élevés de protéine C-réactive (aHR= 1.01, p<0.0001) et de calprotectine fécale (aHR=1.09, p<0.0001) pendant la rémission clinique et de faibles taux sériques d'infliximab en post-induction (aHR pour les niveau moyen d’infliximab inférieur à 7ug/mL = 2.48, p=0.005) étaient indépendamment associés à la rechute. Le phénotype de la maladie a changé au fil des ans et des tendances saisonnières dans la fréquence et la gravité des diagnostics existent, suggérant des hypothèses étiologiques telles que la carence en vitamine D en hiver, les colites bactériennes saisonnières, les processus de réactivation virale et les changements dans la composition du microbiote. Plusieurs résultats de l'étude sont originaux et ceux-ci ont apporté de nouvelles connaissances et certains pourraient être intégrés dans les lignes directrices de prise en charge de la MC pédiatrique afin d’améliorer la qualité de vie des patients, soit obtenir une rémission rapide et durable. / Crohn's disease (CD) has a high incidence in the pediatric population in North America. The etiology of CD remains unknown and the disease incidence has been increasing. The natural evolution of CD is misunderstood, especially in the pediatric population. The trends of time-to-remission over the years and the influencing factors are very limited in the literature. Few risk factors are identified in the literature to predict relapses of the disease in children. The first part of this study was to describe the trends in the clinical phenotype, endoscopic, histological, and laboratory characteristics of pediatric CD during the last decade and to describe the seasonal variation of disease presentation at diagnosis. The secondary part of this study was to describe the time to remission in children with CD as well as its evolution over the past decade and to determine factors associated with time to remission. The third part of the study was to describe the rate of relapses in children with CD, its evolution over the past decade and to determine risk factors associated with relapse of the disease. Eligible patients were aged from 4 to 18 years and diagnosed between 2009 and 2019. All clinical, endoscopic, histological, laboratory and treatment data were collected from their medical records. Survival analyses and linear regression models were used to assess the impact of those factors on time to remission. Likewise, survival analyses and Cox regression models were applied to assess the impact of those risk factors on relapse. A total of 654 patients were included in this retrospective cohort study. The number of new diagnoses per year increased over the decade. Patients diagnosed between 2015 and 2019 had a lower age at diagnosis (OR 2.53, 95% CI [1.29; 4.98]), more perianal diseases (OR: 2.30, 95% CI [1.52; 3.48]), more granulomas (OR: 1.61, 95% CI [1.17; 2.22]), but less eosinophils (OR: 0.35, 95% CI [0.25; 0.48]) and less chronic lympho-plasma cells infiltrate (OR: 0.56, 95% CI [0.36; 0.86]) on ileo-colonic biopsies compared to patients diagnosed in 2015-2019. There were fewer diagnoses of CD in children in winter. Patients diagnosed in fall had lower PCDAIs and less failure to thrive. CD diagnosed in spring and summer had lower hemoglobin levels and higher erythrocyte sedimentation rate levels. In addition, arthritis and erythema nodosum were more frequent in spring and summer. Colonic location was significantly more frequent in summer and fall. There was no change in the time to clinical remission over the past decade. Female sex in adolescents (adjusted bêta regression coefficient (aβ)= 31.8 days, p=0.02), upper digestive tract involvement (aβ= 46.4 days, p=0.04) perianal disease (aβ= 32.2 days, p=0.04), presence of active inflammation on biopsies (aβ= 46.7 days, p=0.01) and oral 5-ASA exposure (aβ= 56.6 days, p=0.002) were all associated with longer time to clinical remission. However, antibiotic exposure (aβ= -29.3 days, p=0.04), increased eosinophils on biopsies (aβ= -29.6 days, p=0.008) and combination of exclusive enteral nutrition and TNF-alpha inhibitors as induction therapy (aβ= -36.8 days, p=0.04) were associated with shorter time to clinical remission. There has been a decrease in the relapse rate over the past decade : 69.6% in patients diagnosed between 2009 and 2014 and 47.8% in patients diagnosed between 2015 and 2019 (p<0.0001). Female sex (adjusted hazard ratio (aHR) = 1.51, p=0.0009), high PCDAI (aHR= 1.02, p=0.04) and SES-CD (aHR= 1.03, p=0.03) scores at diagnosis, upper digestive tract involvement (aHR= 1.59, p=0.0003), exposure to oral 5-ASA (aHR= 1.91, p=0.0003), use of immunomodulatory agents compared to TNF-alpha inhibitors (methotrexate aHR= 1.91, p=0.0006; thiopurines aHR= 2.06, p<0.0001), presence of granulomas (aHR= 1.27, p=0.04) and increased eosinophils on biopsies (aHR= 1.34, p=0.02), high levels of C-reactive protein (aHR= 1.01, p<0.0001) and fecal calprotectin (aHR=1.09, p<0.0001) during clinical remission and low serum infliximab levels during maintenance (aHR for mean serum infliximab level under 7ug/mL = 2.48, p=0.005) were all significantly associated with relapse in patients. The disease phenotype has changed over the years and important trends in the frequency and severity of diagnoses exist according to the diagnosis period within a year, suggesting etiological hypotheses such as vitamin D deficiency in winter, seasonal bacterial and viral colitis and academic stress. Many of the results of the study are original and brought new knowledge while confirming certain statements which had not obtained consensus in recent studies of expert opinions and some could be incorporated into management guidelines of pediatric CD to short time to remission and avoid relapse in patients.