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La chirurgie est la pierre angulaire du traitement curatif des sarcomes, lorsqu’elle est possible. En revanche, en cas de maladie avancée ou métastatique, les traitements systémiques ont une efficacité assez limitée avec un réel besoin de nouvelles options thérapeutiques. Le récent succès de l’immunothérapie dans les tumeurs épithéliales soulève donc la question de la possibilité d’une telle approche dans les sarcomes, et surtout pour quels sous-types histologiques. L’objectif de ce travail de thèse était d’obtenir des données précliniques en caractérisant le microenvironnement immunitaire au sein de trois types de sarcomes potentiellement candidats à l’immunothérapie, prérequis indispensable avant d’envisager une application clinique : 1) Dans le chondrosarcome, l’expression de PD-L1 a été retrouvée exclusivement dans près de 50% des chondrosarcomes dédifférenciés, et s’associait à une infiltration lymphocytaire T et l’expression des molécules HLA de classe I. Ces données incitent donc à inclure les patients avec ce sous type de chondrosarcome dans des essais cliniques évaluant un traitement anti PD-1/PD-L1. 2) Dans l’ostéosarcome, un infiltrat lymphocytaire T était observé de façon bien plus importante dans les lésions métastatiques que dans lésions primitives ou rechutes locales. De plus, l’expression de PD-L1 était retrouvée dans presque 50% des métastases mais pas ou peu dans la tumeur primitive correspondante, traduisant ici une dynamique d’échappement au système immunitaire lors de la progression de la maladie. Une stratégie ciblée sur les lymphocytes T visant à amplifier et potentialiser cette réponse immune préexistante dans les lésions métastatiques pourrait donc offrir un bénéfice clinique. 3) Dans le léiomyosarcome, les molécules HLA de classe I étaient fortement exprimées et l’expression de PD-L1 retrouvée dans 30% des tumeurs de haut grade, également très infiltrées par des macrophages immunosuppresseurs CD163+. Une importante infiltration de macrophages CD163+ était un marqueur indépendant de mauvais pronostic pour la survie, indiquant l’intérêt de d’une approche ciblée visant les macrophages dans ce type de sarcome, éventuellement en association avec un traitement anti PD-1/PD-L1. / Local control with adequate surgery is the cornerstone of sarcoma treatment. However, most sarcoma lack effective systemic therapies in case of advanced disease, emphasizing an unmet medical need for new therapeutic targets. The recent success of immunotherapy in epithelial malignancies raises the question whether such therapies, and which ones, would be applicable in sarcomas. As a prerequisite for therapeutic applications, we characterized the immune microenvironment in three sarcoma subtypes potentially candidate to immunotherapy: 1) In chondrosarcoma, PD-L1 expression was exclusively found in nearly 50% of the dedifferentiated subtype, in association with immune-infiltrating cells and HLA class I expression. These data provide rationale for including such patients in clinical trials with PD-1/PD-L1-targeted therapies. 2) In osteosarcoma, we observed a high density of tumor-infiltrating T cells in metastatic lesions compared to primary tumors and local relapses. Furthermore, PD-L1 positivity in almost half of metastases while mainly negative in the associated primary tumors, emphasises the dynamics of an adaptive mechanism of immune escape. Enhancing the preexisting immune response in metastatic lesions using T-cell-based immunotherapy may offer clinical benefit. 3) In leiomyosarcoma, HLA class I molecules were strongly upregulated and PD-L1 expression found in 30% of high-grade tumors, which were also highly infiltrated with CD163+ immunosuppressive macrophages. CD163+ was found to be an independent poor prognostic factor for overall survival, indicating the need for assessing a macrophage-targeted approach in this tumor type, as single agent or in combination with anti PD-1/PD-L1agents.

<p>Molecular mechanisms in the development and progression of thyroid carcinomas are still not fully understood. In the present thesis the highly malignant anaplastic thyroid carcinoma (ATC) was used to study regulation of apoptosis and tumor interstitial fluid pressure (IFP).</p><p>Addition of a natural estrogen metabolite, 2-Methoxyestradiol (2-ME), induced a G2/M cell cycle arrest and apoptosis in five out of six human ATC cell lines. Treatment with 2-ME induced DNA-fragmentation as well as activation of caspase-3. Inhibitors of JNK and p38 MAPKs activity decreased the effect of 2-ME suggesting involvement in the induction of apoptosis.</p><p>Solid tumors have an elevated IFP. High IFP forms or reflects a barrier for exchange of molecules between microvessels and surrounding tissue. The mechanisms for the generation of the high IFP were investigated using a specific TGF-β inhibitor in an ATC model in athymic mice. Tumor IFP was lowered in TGF-β inhibitor-treated compared to control mice. Affymetrix microarray analysis showed a decreased expression of macrophage-associated genes in treated tumors. Furthermore, the number and activity of tumor-associated macrophages was reduced after TGF-β inhibition. A decreased protein leakage together with an increased coverage of α-smooth-muscle actin (SMA)-expressing cells indicated vessel normalization. An adjuvant treatment with the TGF-β inhibitor resulted in an increased treatment efficacy of doxorubicin. Thus, TGF-β inhibitor-treatment suggests improved microvessel function which results in a lowering of tumor IFP and increased tumor drug uptake.</p><p>To create a model for specific inactivation of genes in the thyroid, a transgenic mouse with a thyrocyte-specific expression of Cre recombinase was generated. The thyroglobulin promoter together with an inducible Cre recombinase (<i>creER</i><i>T2</i>) was used. Two transgenic founder lines were identified expressing cre mRNA solely in the thyroid. Functional activity of the CreER^T2 protein was demonstrated by using a ROSA26-LacZ reporter mouse.</p>

<p>Angiogenesis, de novo synthesis of blood vessels from the pre-existing vasculature, is required both during embryonic development and in pathophysiological conditions. In particular, tumor growth needs new capillary vessels in order to both deliver oxygen and nutrients and to remove toxin and metabolites. Growth of most solid tumors would be restricted to a microscopic size in the absence of neovascularization. Angiogenesis ensues as a result of a shift in the balance between pro- and anti-angiogenic molecules.</p><p>Histidine-rich glycoprotein (HRGP) is a heparin-binding plasma protein. We showed that HRGP inhibits endothelial cell migration and adhesion to vitronectin. As a consequence, HRGP attenuates growth and vascularization of mouse model tumors. The anti-angiogenic effect of HRGP is mediated by the central histidine/proline (His/Pro)-rich domain, which must be released from the parent molecule to exert its effect. A 35-amino acid residue peptide denoted HRGP330, derived from the His/Pro-rich domain, was identified as a minimal active anti-angiogenic domain of HRGP. HRGP330 induces disruption of molecular interactions required for cell motility, such as the integrin-linked kinase/paxillin complex. Moreover, HRGP330 inhibits VEGF-induced tyrosine phosphorylation of α-actinin, a focal adhesion kinase (FAK) substrate. Consequently, the motility of endothelial cells is arrested. By use of a signal transduction antibody array, we identified FAK, paxillin and growth factor receptor-bound 2 (Grb2) as tyrosine phosphorylated in HRGP330-treated cells. We confirmed that HRGP targets focal adhesions in endothelial cells, thereby disrupting the cytoskeletal organization and the ability of endothelial cells to assemble into vessel structures. A critical role of FAK in HRGP-inhibition of angiogenesis was validated using a FAK inhibitor, geldanamycin, which allowed rescue of endothelial cell actin rearrangement.</p><p>We identified another potential mechanism in the HRGP/HRGP330 anti-angiogenic effects, exerted through regulation of tumor-associated macrophages (TAMs). HRGP/HRGP330 treatment led to reduced TAM infiltration, which in turn caused a marked decrease in VEGF and MMP-9 levels in the tumor. </p><p>Taken together, our present studies show that HRGP/HRGP330 target endothelial cell adhesion, migration, focal adhesions, and furthermore, that HRGP is involved in regulation of macrophage infiltration.</p>

Molecular mechanisms in the development and progression of thyroid carcinomas are still not fully understood. In the present thesis the highly malignant anaplastic thyroid carcinoma (ATC) was used to study regulation of apoptosis and tumor interstitial fluid pressure (IFP). Addition of a natural estrogen metabolite, 2-Methoxyestradiol (2-ME), induced a G2/M cell cycle arrest and apoptosis in five out of six human ATC cell lines. Treatment with 2-ME induced DNA-fragmentation as well as activation of caspase-3. Inhibitors of JNK and p38 MAPKs activity decreased the effect of 2-ME suggesting involvement in the induction of apoptosis. Solid tumors have an elevated IFP. High IFP forms or reflects a barrier for exchange of molecules between microvessels and surrounding tissue. The mechanisms for the generation of the high IFP were investigated using a specific TGF-β inhibitor in an ATC model in athymic mice. Tumor IFP was lowered in TGF-β inhibitor-treated compared to control mice. Affymetrix microarray analysis showed a decreased expression of macrophage-associated genes in treated tumors. Furthermore, the number and activity of tumor-associated macrophages was reduced after TGF-β inhibition. A decreased protein leakage together with an increased coverage of α-smooth-muscle actin (SMA)-expressing cells indicated vessel normalization. An adjuvant treatment with the TGF-β inhibitor resulted in an increased treatment efficacy of doxorubicin. Thus, TGF-β inhibitor-treatment suggests improved microvessel function which results in a lowering of tumor IFP and increased tumor drug uptake. To create a model for specific inactivation of genes in the thyroid, a transgenic mouse with a thyrocyte-specific expression of Cre recombinase was generated. The thyroglobulin promoter together with an inducible Cre recombinase (creERT2) was used. Two transgenic founder lines were identified expressing cre mRNA solely in the thyroid. Functional activity of the CreERT2 protein was demonstrated by using a ROSA26-LacZ reporter mouse.

Angiogenesis, de novo synthesis of blood vessels from the pre-existing vasculature, is required both during embryonic development and in pathophysiological conditions. In particular, tumor growth needs new capillary vessels in order to both deliver oxygen and nutrients and to remove toxin and metabolites. Growth of most solid tumors would be restricted to a microscopic size in the absence of neovascularization. Angiogenesis ensues as a result of a shift in the balance between pro- and anti-angiogenic molecules. Histidine-rich glycoprotein (HRGP) is a heparin-binding plasma protein. We showed that HRGP inhibits endothelial cell migration and adhesion to vitronectin. As a consequence, HRGP attenuates growth and vascularization of mouse model tumors. The anti-angiogenic effect of HRGP is mediated by the central histidine/proline (His/Pro)-rich domain, which must be released from the parent molecule to exert its effect. A 35-amino acid residue peptide denoted HRGP330, derived from the His/Pro-rich domain, was identified as a minimal active anti-angiogenic domain of HRGP. HRGP330 induces disruption of molecular interactions required for cell motility, such as the integrin-linked kinase/paxillin complex. Moreover, HRGP330 inhibits VEGF-induced tyrosine phosphorylation of α-actinin, a focal adhesion kinase (FAK) substrate. Consequently, the motility of endothelial cells is arrested. By use of a signal transduction antibody array, we identified FAK, paxillin and growth factor receptor-bound 2 (Grb2) as tyrosine phosphorylated in HRGP330-treated cells. We confirmed that HRGP targets focal adhesions in endothelial cells, thereby disrupting the cytoskeletal organization and the ability of endothelial cells to assemble into vessel structures. A critical role of FAK in HRGP-inhibition of angiogenesis was validated using a FAK inhibitor, geldanamycin, which allowed rescue of endothelial cell actin rearrangement. We identified another potential mechanism in the HRGP/HRGP330 anti-angiogenic effects, exerted through regulation of tumor-associated macrophages (TAMs). HRGP/HRGP330 treatment led to reduced TAM infiltration, which in turn caused a marked decrease in VEGF and MMP-9 levels in the tumor. Taken together, our present studies show that HRGP/HRGP330 target endothelial cell adhesion, migration, focal adhesions, and furthermore, that HRGP is involved in regulation of macrophage infiltration.

EINLEITUNG Das maligne Melanom stellt aufgrund seiner frühen Metastasierung und der Resistenz gegenüber den bisher bekannten Therapieansätzen eine der aggressivsten Tumorentitäten dar. Allerdings handelt es sich beim Melanom um einen antigenen und immunogenen Tumor. Dies schürt die Hoffnung, dass durch das bessere Verständnis der Mechanismen, die der Metastasierung, aber auch der Dysregulation des Immunsystems zugrunde liegen, Rückschlüsse auf neue Therapieansätze, beispielsweise unter Einbeziehung der Immunabwehr, gezogen werden können. Darüber hinaus würde die Entwicklung von Radiotracern, die eine frühzeitige Diagnose und möglicherweise auch die Auswahl von Patienten für eine personalisierte Tumortherapie ermöglichen, die Heilungschancen des malignen Melanoms wesentlich verbessern. Das Eph-Ephrin-System wiederum stellt ein vielfältiges Zellkommunikations-System dar, das sowohl in lebenswichtige als auch in pathologische Prozesse involviert ist. Beispielsweise nehmen Eph-Rezeptoren und Ephrine Einfluss auf die gerichtete Bewegung von neuronalen, endothelialen und inflammatorischen Zellen. Zudem beeinflussen sie die Bewegung von Tumorzellen und tragen so zur Tumorprogression bei. Ausgehend von diesem Hintergrund wurde die Hypothese formuliert, dass die Eph-Ephrin-vermittelte Interaktion von Melanomzellen und Tumor-assoziierten inflammatorischen Zellen die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms beeinflusst. Im Speziellen sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit geprüft werden, ob die Rezeptor-Tyrosinkinase EphB4 im Zusammenspiel mit seinem Liganden EphrinB2 die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms fördert. Darüber hinaus sollte getestet werden, ob der Rezeptor EphB6, der ebenfalls zur Bindung von EphrinB2 fähig ist, aber über eine mutierte und damit funktionsunfähige Kinasedomäne verfügt, eine regulative Rolle übernimmt und antitumorigen wirkt. Aufbauend auf den Erkenntnissen zur Bedeutung von EphB4, EphB6 und EphrinB2 beim malignen Melanom sollten zudem verschiedene Ansätze zur Bildgebung der oben genannten Eph-Rezeptoren und Ephrine mittels PET etabliert und geprüft werden. ERGEBNISSE UND DISKUSSION Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde erstmalig gezeigt, dass die Membranproteine EphB4, EphB6 und EphrinB2 bei den ausgewählten humanen Melanomzellen und den inflammatorischen Zellen exprimiert werden und somit potentielle Interaktionsmöglichkeiten dieser Zellen darstellen. Infolge der Kokultur mit HL-60(M)-Zellen, die als Modell für Tumor-assoziierte Makrophagen dienten, kam es zu einer verminderten Adhäsion und/oder Migration der Melanomzellen sowie im Falle der A375- und A2058-Melanomzellen zu einer verstärkten Sekretion des proinflammatorischen Zytokins IL-6. Aufgrund der breiten Wirkung von IL-6 ergeben sich daraus vielfältige Einflussmöglichkeiten auf das Tumormikromilieu. Diese wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit jedoch nicht näher charakterisiert, da erste Ergebnisse eine Beteiligung des Eph-Ephrin-Systems ausschlossen. Während die Überexpression von EphB6 keinen Einfluss auf die Metastasierungs-relevanten Eigenschaften der A375-Melanomzellen hatte, führte die erhöhte Proteinbiosynthese von EphB4 zu einer verminderten Migration der Zellen im intakten Zellverband. Des Weiteren bewirkte EphB4 eine verstärkte Adhäsion der A375-Zellen an das Extrazellularmatrix-Protein Fibronektin, wodurch die Migration dieser Melanomzellen, im Sinne einer Metastasierung, zusätzlich beeinträchtigt wird. Die erhöhte mRNA-Expression des Liganden EphrinB2 in den A375-Melanomzellen führte zu einer verminderten chemotaktischen Migration der Zellen. Um den Einfluss von EphB4 auf die Tumorprogression und Tumorangiogenese beim malignen Melanom in vivo untersuchen zu können, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein murines Xenograft-Modell mit subkutanen A375 pIRES- bzw. A375 EphB4-Tumoren etabliert. Die Auswertung der Tumorvolumina sowie der [18F]FDG-, [18F]FMISO- und Hoechst 33342-Anreicherung in den Tumoren ergab, dass die erhöhte EphB4-Proteinbiosynthese zu tendenziell kleineren Tumoren führte. Diese waren zudem signifikant schwächer perfundiert und wiesen im Inneren größere hypoxische Areale auf als die A375 pIRES-Tumoren. Somit zeigte EphB4 neben seiner antimetastasischen Wirkung in vitro auch eine antitumorigene Wirkung in vivo, wobei letztere möglicherweise auf eine Störung der Gefäßbildung zurückzuführen ist. Da eine adäquate Blutversorgung der Tumoren für die Metastasierung von Tumorzellen von Bedeutung ist, könnte dies auch auf eine antimetastatische Wirkung in vivo hinweisen. Des Weiteren wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein neuer, 18F-markierter EphB4 Kinaseinhibitor (Verbindung [18F]2) getestet. Dieser zeigte im A375-pIRES/EphB4-Tumor-Xenograft-Modell eine geringe Tumoranreicherung, die von der EphB4-Proteinbiosynthese in den Tumoren unabhängig war. Darüber hinaus kam es zur schnellen hepatobiliären Ausscheidung von Verbindung [18F]2, was deren radiopharmazeutischer Anwendung im Wege steht. SCHLUSSFOLGERUNG UND AUSBLICK Insbesondere die erhöhte Proteinbiosynthese von EphB4 hatte im Falle der untersuchten A375-Melanomzellen zu einer verminderten Migration und zu einer erhöhten Adhäsion der Zellen geführt. Somit konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass EphB4 die Metastasierungs-relevanten Eigenschaften dieser Zellen in vitro beeinträchtigt. Darüber hinaus deuteten Untersuchungen am A375-pIRES/EphB4-Tumor-Xenograft-Modell auf eine antitumorigene Wirkung des EphB4-Rezeptors in vivo hin. Aufgrund dessen muss der anfänglich formulierten Hypothese, dass EphB4 im Zusammenspiel mit seinem Liganden EphrinB2 die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms fördert, widersprochen werden. Eine regulative Beteiligung des Kinase-defizienten Rezeptors EphB6, der ebenfalls zur Bindung von EphrinB2 fähig ist, konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht sicher nachgewiesen werden. Allerdings ergeben sich aufgrund der Expression der Rezeptoren EphB4 und EphB6 sowie deren Ligand EphrinB2 sowohl auf den untersuchten Melanomzellen als auch auf den verschiedenen Tumor-assoziierten inflammatorischen Zellen interessante Interaktionsmöglichkeiten dieser Zellen. Deren Einfluss auf die Progression und Metastasierung des malignen Melanoms sollte in weiterführenden Experimenten untersucht werden. Das im Rahmen der vorliegenden Arbeit etablierte A375-pIRES/EphB4-Tumor-Xenograft-Modell ermöglicht die In vivo-Charakterisierung von Radiotracer, die gegen Rezeptor-Tyrosinkinasen im Allgemeinen oder aber selektiv gegen EphB4 gerichtet sind. Da Verbindung [18F]2 eine ungünstige Pharmakokinetik zeigte, was wahrscheinlich auf die hohe Lipophilie des Radiotracers zurückzuführen ist, sollten sich zukünftige Untersuchungen mit der chemischen Modifikation dieser Verbindung beschäftigen, mit dem Ziel die Lipophilie und damit die biologische Halbwertszeit des Radiotracers zu verbessern. Zusätzlich sollte die Entwicklung von Radiotracern auf der Basis von löslichen Eph-Rezeptoren und Ephrinen (sEph bzw. sEphrin) weiter vorangetrieben werden.

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Background: Tumor-associated macrophages (TAMs) promote tumor progression and have an effect on survival in human cancer. However, little is known regarding their influence on tumor progression and prognosis in human hilar cholangiocarcinoma. Methods: We analyzed surgically resected tumor specimens of hilar cholangiocarcinoma (n = 47) for distribution and localization of TAMs, as defined by expression of CD68. Abundance of TAMs was correlated with clinicopathologic characteristics, tumor recurrence and patients’ survival. Statistical analysis was performed using SPSS software. Results: Patients with high density of TAMs in tumor invasive front (TIF) showed significantly higher local and overall tumor recurrence (both ρ < 0.05). Furthermore, high density of TAMs was associated with decreased overall (one-year 83.6 % vs. 75.1 %; three-year 61.3 % vs. 42.4 %; both ρ < 0.05) and recurrence-free survival (one-year 93.9 % vs. 57.4 %; three-year 59.8 % vs. 26.2 %; both ρ < 0.05). TAMs in TIF and tumor recurrence, were confirmed as the only independent prognostic variables in the multivariate survival analysis (all ρ < 0.05). Conclusions: Overall survival and recurrence free survival of patients with hilar cholangiocarcinoma significantly improved in patients with low levels of TAMs in the area of TIF, when compared to those with a high density of TAMs. These observations suggest their utilization as valuable prognostic markers in routine histopathologic evaluation, and might indicate future therapeutic approaches by targeting TAMs.