Anaplastisch-großzellige Lymphome (ALCL) repräsentieren eine Untergruppe der peripheren T-Zell-Lymphome und können über das Vorhandensein einer Translokation, die das ALK-Gen betrifft, in ALK-positive und ALK-negative ALCL unterteilt werden. Präliminäre Daten implizieren eine starke Expression des Transkriptionsfaktors IRF4 bei ALCL-Patientenproben, unabhängig des ALCL-Subtyps. Allerdings war die Rolle von IRF4 bei der Pathogenese des ALCL bislang wenig verstanden. In unserer Studie konnten wir zeigen, dass eine shRNA-vermittelte Herunterregulation von IRF4 Zytotoxizität im ALCL-Zelllinienmodell induziert und in vivo das Tumorwachstum signifikant verlangsamt. Genexpressionsanalysen zeigten die globale Rolle von IRF4 im Genexpressionsnetzwerk des ALCL über die Deregulation essentieller zellulärer Prozesse, wie der Zellzykluskontrolle und der DNA-Reparatur, sowie bekannter onkogener Signalwege wie Notch oder MYC. Wir konnten zeigen, dass IRF4 direkt an der Expression des bekannten onkogenen Transkriptionsfaktors MYC beteiligt ist und bestätigten zusätzlich die Abhängigkeit der ALCL-Zelllinien von dessen Expression. Die pharmakologische Inhibierung von MYC führte zum Rückgang der Zellviabilität aller ALCL-Zelllinien. Zusammenfassend zeigen diese Resultate, dass die Expression von IRF4 essentiell für die Proliferation von ALCL-Zelllinien ist und dass die von IRF4 regulierte Expression von MYC ein vielversprechendes therapeutisches Ziel für die zukünftige Behandlung sowohl ALK-positiver als auch ALK-negativer ALCL-Patienten darstellt. / Anaplastic large cell lymphoma (ALCL) is a distinct entity of peripheral T-cell lymphomas. ALCLs can be divided into two subtypes with respect to the presence of translocations involving the ALK gene (ALK-positive and ALK-negative). It has been shown that the interferon regulatory factor 4 (IRF4) is highly expressed in both ALCL subtypes but its role in the pathogenesis of these lymphomas remained unclear. Our study reveals an addiction to the expression of IRF4 in cell lines of both ALCL subtypes. Furthermore, we were able to transfer this into an ALCL xenograft mouse model showing the significant impact of IRF4 deregulation on ALCL tumor growth in vivo. Gene expression profiling after IRF4 knockdown highlighted the function of IRF4 in anaplastic large cell lymphoma by significant downregulation of genes involved in essential cellular processes like cell cycle control and DNA repair as well as known targets of the oncogenic transcription factor MYC. We were able to identify MYC as a direct target of IRF4 in both ALCL subtypes and further studies revealed an addiction of ALCLs to MYC expression as well. Pharmacological inhibition of MYC was toxic to all tested ALCL cell lines, indicating that IRF4 and MYC signaling may represent promising targets for future therapies of patients diagnosed with anaplastic large cell lymphoma.

In Krebszellen induzieren Onkogene und Chemotherapie zelluläre Seneszenz. Dabei handelt es sich um einen terminalen Wachstumsarrest, bei dem durch Trimethylierung der Aminosäure Lysin an Position 9 (K9) des Histons H3 (H3K9me3) die Aktivierung S-Phase-relevanter Gene epigenetisch blockiert ist. Obwohl Therapie-induzierte Seneszenz (TIS) das Gesamtüberleben von Mäusen mit einer Lymphomerkrankung verbessert, stellt eine Elimination seneszenter Zellen aufgrund weiterhin bestehender und neu erworbener tumorigener Eigenschaften ein wichtiges therapeutisches Ziel dar. Die Arbeit zeigt anhand des transgenen Eμ-myc Mausmodells, in dem TIS in Abhängigkeit von der H3K9-Histonmethyltransferase Suv39h1 durch Chemotherapie induziert wird, dass TIS-Zellen in vitro und in vivo einer metabolischen Reprogrammierung unterliegen, die therapeutisch genutzt werden kann. TIS-kompetente Lymphome erhöhen im Gegensatz zu TIS-kompromittierten, Suv39h1- defizienten Lymphomen den Glukoseumsatz und die Produktion von ATP. Diese Umstellung des Stoffwechsels erfolgt als Antwort auf eine erhöhte Proteotoxizität, die durch Bestandteile des Seneszenz-assoziierten sekretorischen Phänotyps (SASP) hervorgerufen wird. SASP-Faktoren lösen in TIS-Zellen erhöhten Stress im endoplasmischen Retikulum (ER) aus und forcieren die Fehlfaltung von Proteinen, die nach vermehrter Ubiquitinierung durch Autophagie unter Energieverbrauch abgebaut werden. Deshalb sind stark SASP-exprimierende TIS-Lymphome im Vergleich zu genetisch durch die Inhibition des Transkriptionsfaktors NfκB veränderten und dadurch SASP-supprimierten TIS-Lymphomen empfindlich gegenüber der Inhibition des Glukosestoffwechsels oder der Blockade von Autophagie. Beides führt zur Elimination von TIS Zellen durch Caspase-12- und Caspase-3-abhängige, ER-initiierte Apoptose. Folglich erwirkt die pharmokologische Inhibition dieser veränderten Stoffwechselbedürfnisse nach TIS Induktion eine Tumorregression und ein verbessertes Gesamtüberleben in vivo. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse eine katabole Stoffwechsellage seneszenter Zellen, die therapeutisch durch konzeptionell neue „synthetisch-letale“, metabolische Therapien eliminiert werden können. Damit wird erstmals in der Krebstherapie ein Tumor-selektives Seneszenzprogramm zusammen mit der Blockade von Stoffwechselwegen genutzt. / Cellular senescence is a terminal growth arrest of viable cells characterized by S-phase entry-blocking histone 3 lysine 9 trimethylation (H3K9me3) in response to oncogene activation and anticancer chemotherapy. Although therapy-induced senescence (TIS) improves long-term outcome, senescent tumor cells acquire potentially harmful characteristics. Therefore, their quantitative elimination presents a therapeutic opportunity. In this thesis the Eμ-myc transgenic mouse lymphoma model, in which TIS depends on the H3K9 histone methyltransferase Suv39h1, is used to show mechanism and therapeutic exploitation of senescence-related metabolic reprogramming in vitro and in vivo. After senescence-inducing chemotherapy, TIS- competent lymphomas but not TIS-incompetent Suv39h1- lymphomas displayed increased glucose turnover and higher ATP production. The thesis demonstrates that this was due to massive proteotoxic stress, which is a consequence of the enhanced production of secretory proteins - referred to as the senescence-associated secretory phenotype (SASP) - of senescent cells. Consequently, SASP-producing TIS cells exhibited endoplasmic reticulum stress, an unfolded protein response (UPR), and increased ubiquitination, thereby targeting toxic proteins for autophagy in an acutely energy-consuming fashion. Accordingly, TIS lymphomas, unlike senescence models that lack a strong SASP response, for example due to the inhibition of the transcription factor NfκB, were more sensitive to blocking glycolysis or autophagy, which lead to their selective elimination through caspase-12- and caspase-3-mediated endoplasmic reticulum-related apoptosis. Consequently, pharmacological targeting of these metabolic liabilities upon TIS induction in vivo prompted tumor regression and improved treatment outcome further. These findings unveil the hypercatabolic nature of TIS that is therapeutically exploitable by synthetic lethal metabolic targeting. Thus, this treatment approach for the first time combines the inhibition of a tumor-specific senescence program with the interference of a metabolic pathway.

Das Nijmegen-Breakage-Syndrom (NBS) ist ein autosomal-rezessiv vererbtes Chromosomenbruchsyndrom, dem in > 90% der Patienten eine 5bp-Deletion im Nbs1-Gen zugrundeliegt. Klinisches Hauptmerkmal ist ein stark erhöhtes Krebsrisiko, insbesondere für B-Zell-Lymphome. Bereits bekannt ist die Funktion des entsprechenden Genprodukts, Nibrin, bei den für die Krebsprävention wichtigen Mechanismen der DNA-Reparatur und der Zellzykluskontrolle. Daneben spielt die Apoptose eine essentielle Rolle bei der Krebsentstehung. Zu untersuchen ob Nibrin auch hier Funktionen übernimmt war Gegenstand dieser Arbeit. Eine Störung der Apoptose könnte dabei mitverantwortlich für das hohe Krebsrisiko der NBS-Patienten sein. Kern der Arbeit war die Untersuchung von NBS-B-Lymphozyten hinsichtlich ihrer Fähigkeit, nach einer DNA-Schädigung die Apoptose zu induzieren. Hierzu wurde in den entsprechenden Zellen mittels Bleomycin der Apoptoseprozess ausgelöst und die prozentualen Apoptoseraten durchflusszytometrisch bestimmt. Die Mehrheit der NBS-Zelllinien zeigte eine Störung in der Apoptoseinduktion im Sinne signifikant verminderter Apoptoseraten. Dies weist auf eine Funktion des Nibrins bei der Induktion der Apoptose hin. Andere NBS-Zelllinien zeigten normale Apoptoseindices. Dies könnte auf dem individuellen genetischen Hintergrund der Zellen beruhen, der auch für die erhebliche klinische Variabilität des Krankheitsbildes verantwortlich ist. Eine Korrelation der Apoptoseraten mit der Krebsinzidenz zeigte, dass alle Patienten mit reduzierten Apoptoseraten bereits Lymphome entwickelt hatten, während Patienten mit normalen Apoptoseindices bisher keine Lymphome aufwiesen. Möglicherweise gibt es also generell zwei Gruppen von NBS-Patienten - Patienten mit höherem und mit niedrigerem Entartungsrisiko, wobei eine verminderte Apoptoseinduktion als Risikofaktor für Krebs angesehen werden könnte. / The human genetic disorder, Nijmegen-Breakage-Syndrome (NBS), is characterised by an in increased risk for cancer, particularly B-cell-lymphoma. The Nbs1-gene codes for a protein, Nibrin, involved in the processing/repair of DNA double strand breaks and in cell cycle checkpoints - mechanisms relevant for cancer-prevention. As a third mechanism, apoptosis is important in preventing cancer. To evaluate whether Nibrin plays a role in this process was the aim of this study. Failure of apoptosis-induction could be another factor responsible for the high cancer risk in NBS. For this purpose we examined a set of NBS-B-cell-lines for their capacitiy to enter into apoptosis after a DNA-damaging treatment with Bleomycin. The majority of NBS-cell-lines showed a deficiency in apoptosis-induction. This may indicate a function of Nibrin in mechanisms of apoptosis-regulation. Some NBS-cell-lines showed a proficient apoptotic response, though. The reason may be found in the variable genetic background of the cell lines, also responsible for the high clinical variability of the disease. Correlation of apoptosis rates with cancer incidence showed that all patients deficient in apoptosis had already developed B-cell-lymphoma, whereas patients with normal rates had not developed lymphoma so far. Possibly there are two groups of NBS-patients- patients with higher and with lower risk of malignancy, with reduced apoptotic rates being a risk-factor for the development of cancer in NBS.

Hodgkin und Reed-Sternberg (H/RS) Zellen sind die Tumorzellen des klassischen Hodgkin-Lymphoms (cHL) und stammen in den meisten Fällen von Keimzentrums B-Zellen, sehr selten von T-Zellen ab. Als einen zentralen Mechanismus für die zelluläre maligne Transformation und Apoptoseresistenz von H/RS Zellen konnte eine deregulierte, konstitutive Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kappaB (NF-kB) in H/RS Zellkernen nachgewiesen werden. Die transkriptionelle Aktivität von NF-kB wird durch spezifische Inhibitoren, IkB-alpha, IkB-beta, IkB-gamma und IkB-epsilon, reguliert. Jüngst konnte ein Defekt des IkB-alpha Gens im Primärmaterial eines Patienten mit cHL und in zwei Hodgkin Zellinien nachgewiesen werden. IkB-epsilon als ein weiterer wichtiger Regulator der NF-kB Aktivität hat in murinen Zellen eine hohe Affinität zur NF-kB Untereinheit p65, welche in H/RS Zellen insbesondere als Heterodimer p50/p65 vorkommt. In dieser Arbeit wurde das humane IkB-epsilon Gen kloniert und auf Mutationen in primären Tumorzellen untersucht. Das Primärmaterial stammte aus denselben sechs Patientenfällen, die schon zuvor auf Mutationen des IkB-alpha Gens untersucht worden waren. Das IkB-epsilon Gen liegt auf dem kurzen Arm des Chromosom 6 (6p21.1) und ist strukturell eng mit den anderen IkB Molekülen verwandt. In primären H/RS Zellen eines Patienten wurde eine homozygote Mutation an der 5´- Splicesite des Intron 1 gefunden. Diese Mutation war spezifisch für H/RS Zellen dieses Falls, und normale reaktive Lymphozyten wiesen ausschließlich den Wildtyp auf. In Zusammenschau mit den bisher identifizierten Defekten des IkB/ NF-kB Systems zeigen diese Ergebnisse, dass dysfunktionelle NF-kB Inhibitoren bei einem Teil der cHL Fälle zu einer Fehlregulation von NF-kB führen können und damit für die zelluläre Pathophysiologie von Bedeutung sind. / The pathogenesis of Hodgkin-Lymphoma (HL) is still unclear. Previous investigations have demonstrated constitutive nuclear activity of the transcription factor NF kappa B (NF-kB) in Hodgkin/Reed-Sternberg (HRS) cells as an important prerequisite in protecting these cells from apoptosis. As a molecular mechanism leading to constitutive NF-kB activity in HRS cells, mutations of the NF-kB inhibitor I kappaB-alpha have recently been identified in classical (c) HL-derived cell lines in a patient with cHL. In this work, the NF-kB inhibitor I kappaB-epsilon has been analysed for somatic mutations in the same group of six patients already studied for I kappaB-alpha mutations, as well as in cHL-derived cell lines. In the HRS cells of one patient, a hemizygous mutation affecting the 5-splicing site of intron 1 of the I kappaB-epsilon gene was found, most likely leading to misspliced mRNA products. Other work of our group showed a hemizygous frame-shift mutation of the I kappaB-epsilon gene in one cHL-derived cell line (L428), generating a pre-terminal stop codon resulting in a severely truncated protein. These results, in combination with recently described I kappaB-alpha mutations, indicate that defective NF-kB inhibitors appear more frequent than previously thought and might explain the constitutive nuclear activity of NF-kB in a significant proportion of cHL cases.

CAR-T-Zell-Therapie ist eine vielversprechende neuartige Behandlungsform für Patienten mit aggressiven B-Zell Non-Hodgkin-Lymphomen (B-NHL). In dieser Arbeit wurde die anti-CXCR5 CAR-T-Zell-Therapie als Alternative zur anti-CD19 CAR-T-Zell-Therapie für die Behandlung von reifen B-NHLs untersucht. CXCR5 ist ein B-Zell-homing Rezeptor, der von reifen B Zellen und follikulären T-Helferzellen (TFH Zellen) exprimiert wird. TFH Zellen wurden als tumor-unterstützend in chronisch lymphatischer Leukämie (CLL) und im follikulären Lymphom (FL) beschrieben. Dieses Expressionsmuster erlaubt es, auf einzigartige Weise zeitgleich die malignen Zellen und die tumorunterstützende Mikroumgebung mithilfe von CAR-T-Zell-Therapie gerichtet gegen einen Chemokinrezeptor anzugreifen. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit waren, dass (1) die anti-CXCR5 CAR T-Zellen zielgerichtet CXCR5 positive reife B-NHL Zelllinien und Patientenproben in vitro eliminierten und eine starke anti-Tumor Reaktivität in einem immundefizienten Xenotransplantationsmausmodell zeigten, (2) die anti-CXCR5 CAR T-Zellen zielgerichtet die tumorunterstützenden TFH Zellen in CLL und FL Patientenproben in vitro erkannten und dass (3) CXCR5 ein sicheres Expressionsprofil zeigte. CXCR5 war stark und häufig auf B-NHL exprimiert und die Expression auf gesundem Gewebe war auf lymphoide Zellen beschränkt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die anti-CXCR5 CAR-T-Zell-Therapie eine neue Behandlungsmöglichkeit für Patienten mit reifen B-NHL darstellt, indem durch die anti-CXCR5 CAR-T Zellen sowohl der Tumor als auch ein Anteil der tumorunterstützende Mikroumgebung eliminiert werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Eμ-Tcl1 murine CLL Lymphommodell genutzt um die Auswirkung der Lymphomentwicklung auf die CXCR5+ T Zellen zu untersuchen. Mittels RNA-Einzelzell-Sequenzierung konnte ein profunder Einfluss des Lymphomwachstums auf das T Zell-Kompartiment der Mäuse, denen Eμ-Tcl1 Zellen gespritzt wurden, gezeigt werden. / CAR T cell therapy is a promising new treatment option for patients suffering from aggressive B non-Hodgkin lymphomas (NHLs). In CAR T cell therapy, patient-derived T cells are genetically modified to express a chimeric receptor commonly directed towards a surface antigen expressed by neoplastic cells. In this thesis, anti-CXCR5 CAR T cell therapy was investigated as an alternative to anti-CD19 CAR T cell therapy for the treatment of mature B-NHLs. CXCR5 is a B cell homing receptor expressed by mature B cells and follicular helper T (TFH) cells. TFH cells were described to support the tumor cells in chronic lymphocytic leukemia (CLL) and follicular lymphoma (FL). This expression pattern allows simultaneous targeting of the malignant cells and the tumor-supporting microenvironment by CAR T cell therapy against a chemokine receptor in an unprecedented manner. Main findings included that (1) anti-CXCR5 CAR T cells targeted specifically CXCR5 expressing mature B-NHL cell lines and patient samples in vitro and showed strong in vivo anti-tumor reactivity in an immunodeficient xenograft mouse model, (2) anti-CXCR5 CAR T cells targeted tumor-supportive TFH cells derived from CLL and FL patient samples in vitro and (3) CXCR5 showed a safe expression profile. CXCR5 was strongly and frequently expressed by B-NHLs and its expression on healthy tissue was restricted to lymphoid cells. In summary, anti-CXCR5 CAR T cell therapy presents a novel treatment option for patients suffering from mature B-NHLs by eliminating the tumor and part of the tumor-supportive microenvironment. The second part of the project, the Eμ-Tcl1 murine lymphoma model, which mimics human CLL, was used to study the impact of lymphomagenesis on CXCR5+ T cells. Using single cell RNA sequencing, a profound influence of lymphoma growth on the T cell compartment in Eμ-Tcl1 tumor-challenged mice could be shown.