Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Generierung und Evaluation von Natürlichen Killerzellen, die EGFRvIII-positive und SDF-1alpha sekretierende primäre Glioblastomzellen aufspüren, erkennen und effizient abtöten können. Die Kombination der gelenkten Zytotoxizität mit einer optimierten Migration von Effektorzellen des Immunsystems wird auf Grundlage der in dieser Arbeit gewonnenen Daten als ein vielversprechender Ansatz für eine zukünftige Therapie des primären Glioblastoms vorgeschlagen.

Die pädiatrische Akute Lymphatische Leukämie ist heutzutage gut behandelbar. Trotzdem ist die Prognose im Falle eines Rezidives weiterhin schlecht. Die häufigsten extramedullären Orte für Rezidive sind das zentrale Nervensystem und der Hoden. Um ein Rezidiv im Hoden zu verhindern, ist es nötig die zellulären und molekularen Vorgänge zu verstehen. Dafür wurde Patientenmaterial auf seine Expression bestimmter Oberflächenmoleküle analysiert. Verglichen wurden Proben von Patienten mit verschiedenen Rezidiv-Arten. Um die funktionellen Aspekte der Hodenphysiologie auf die Leukämiezellmigration und -lokalisation zu untersuchen wurde ein PDX-ALL Mausmodel mit Hodenbeteiligung etabliert. Um potenziell involvierte Chemokin-Chemokinrezeptor-Achsen zu identifizieren, wurden 55 Knochenmarksproben von Patienten untersucht. Die Expressionsmuster der Rezeptoren wurde mittels Durchflusszytometrie analysiert. Es wurde festgestellt, dass CXCR4 meistens sehr hoch exprimiert wird. Deshalb wurde anschließend der Einfluss der CXCR4-CXCL12 Achse in in vitro Versuchen mit Hilfe primären Hodenstromas untersucht. Um verschiedene Subpopulationen zu untersuchen, wurde die Isolation von Hodenmakrophagen, Sertoli Zellen und Peritubulären Zellen aus der Maus etabliert und ihr Einfluss auf ALL Zellen untersucht. Es wurde festgestellt, dass Hodenmakrophagen bei Tumorkontakt ihren Phänotyp zugunsten einer tumorfördernden Subpopulation verändern. Zu guter Letzt wurde ein adaptives PDX-ALL Mausmodel mit Hodenbeteiligung entwickelt. Dabei wurden die Hoden von vorpubertären Mäusen bevorzugt infiltriert. Die Bedeutung der CXCR4-CXCL12 Achse für die Hodeninfiltration wurde in einem in vivo Versuch validiert. Während Knochenmark und Milz nach einer anti-CXCR4 Gabe kleine ALL Populationen aufwiesen, war der Hoden komplett Tumor-frei. Das Model kann für Versuche genutzt werden, um weitere Signalwege zu identifizieren, welche in die Hoden gerichtete Migration und das Überleben der Zellen involviert sind. / Advancing therapy strategies led to event-free-survival increase of paediatric acute lymphoblastic leukaemia (ALL). Relapses that occur are often drug resistant and come with poor prognosis. Extramedullary sites for relapse are the central nervous system (CNS) and the testis. To prevent testicular relapse, factors responsible for the infiltration and survival need to be discovered. Primary patient material was analysed with regard to differential expression of surface molecules on leukemic cells from BM. To analyse functional aspects of testis physiology on leukemic cell migration and localisation an adoptive PDX-ALL mouse model with testicular involvement was established. To identify potential chemokine-chemokine receptor axes responsible for the leukaemia cell migration towards the testis, a characterization of 55 patient BM samples was performed. The expression pattern of chemokine receptors on BM derived leukaemia cells was compared by flow cytometry. CXCR4 was identified to be highly expressed on patients cells, regardless of the subclass of relapse. Relevance of the CXCR4-CXCL12 axis was studied in vitro. Primary testicular stroma cultures were available, which provided a useful tool to examine testis directed migration. Isolation of testicular macrophages, Sertoli cells and peritubular cells was established and their impact on ALL cell survival was analysed. The macrophages were found to alter their phenotype upon ALL cell contact towards a tumour favourable subtype. Most importantly, a murine adoptive patient-derived xenograft (PDX)-ALL cell transfer model with testicular involvement was established. Testes of pre-puberty mice were preferentially infiltrated. Blocking CXCR4 with an antibody validated relevance of the CXCR4-CXCL12 signalling axis. The testis showed no infiltration in anti-CXCR4 treated animals. The mouse model will be useful to identify and validate further signalling pathways, participating in testis directed migration and survival.

Chemokines are chemotactic cytokines which play an important role in the migration of immune cells to distant tissues or compartments within tissues. These proteins have also been demonstrated to play a major role in cancer metastasis. The C-C chemokine receptor type 7 (CCR7) is a member of the chemokine receptor family. CCR7 along with its ligands CCL19 and CCL21 plays an important role in innate immune response by trafficking of lymphocytes. In cancer, tumour cells expressing CCR7 migrate to lymphoid organs and thus disseminate to other organs. Neutralizing the interactions between CCL21/CCR7 would therefore be expected to inhibit the progression and metastasis of many different types of cancer to regional lymph nodes or distant organs. Our objective was to identify a potent small molecule antagonist of CCR7 as a prelude to the investigation of the role of this axis in cancer metastasis. In this study, we provided a brief description of chemokines and their role in health and disease with an emphasis on the CCR7/CCL19/CCL21 axis, as well as identification of a CCR7 antagonist “hit”. The potency of the CCR7 antagonist “hit” was optimised by synthesizing different CCR7 antagonist analogues. The “hit” optimization process has led to discover the most active compound amongst a series of different analogues which have the ability to bind and block CCR7 receptor. The efficacy of the most active compound and other analogues were evaluated in vitro using a calcium flux assay which is based on detecting fluorescent light emitted upon release of calcium ions. To identify a suitable cell line, which expresses CCR7 and capably respond to it, amongst a panel of cell lines for in vitro assessment of potency of synthesised compounds, we used Western blot assay and later by flow cytometry assay. The activity and selectivity of the most effective compound against CCR7 receptor was evaluated in vitro by other functional assays such as “configured agarose spot assay” and scratch assay. We first configured the existing under agarose assay to fulfil our requirements and then used it to assess activity and selectivity of compounds. The configured agarose spot assay also describes the application of the agarose spot for evaluation of cells chemotactic response to multiple chemokines under identical experiment conditions.

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Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) constituent l’une des plus grandes familles de cibles pharmacologiques. Afin de pouvoir extraire tout leur potentiel thérapeutique, il faut d’abord comprendre et caractériser le premier événement dans la cascade pharmacologique, c’est-à-dire la liaison d’un ligand à son récepteur. Nous nous sommes intéressés au récepteur CXCR4, car il fait partie de la famille des récepteurs peptidergiques qui demeure peu comprise au niveau de la structure et de leur mode de liaison. Au niveau physiologique, ce récepteur joue un rôle important pour l’homéostasie du système immunitaire ainsi que dans certaines pathologies comme l’infection au VIH-1 et le cancer. Nous avons d’abord caractérisé la pochette de liaison du récepteur CXCR4 à l’aide de photoanalogues du T140, un composé peptidomimétique anti-VIH. Nous avons identifié que le domaine transmembranaire 4 (TM4) est impliqué dans la pochette de liaison orthostérique du récepteur CXCR4. Nous avons aussi généré un modèle par homologie de séquence de la liaison du T140 sur CXCR4. Ce modèle nous a permis de constater que le T140 peut lier profondément au niveau de la pochette de liaison du CXCR4 ainsi qu’au niveau des boucles extracellulaires 2 et 3. À l’aide de la méthode d'accessibilité des résidus cystéines substitués (SCAM), nous avons procédé à la substitution individuelle des résidus du domaine TM4 en cystéine. Nous avons caractérisé ces mutants pour leur affinité et leur expression à l’aide d'études de radioliaison. Nous avons identifié que les résidus Asp171[indice supérieur 4.60] et Pro170[indice supérieur 4.59] se situent face à la pochette de liaison du récepteur à l’état basal. À l’aide du mutant constitutivement actif Asn119[indice supérieur 3.35]Ser, nous avons identifié qu’il y avait un mouvement rotatoire anti-horaire du domaine TM4 permettant au résidu Ile173[indice supérieur 4.62] d'être accessible. Ce mouvement serait couplé à un changement conformationnel de la boucle extracellulaire 2 permettant aux résidus Ser178[indice supérieur 4.67] et Val177[indice supérieur 4.66] d'être accessibles dans un état actif. Ces résultats suggèrent que le domaine TM4 participe à la pochette de liaison du récepteur CXCR4 ainsi qu’aux mouvements conformationnels lors de l’activation.

La gp120 du VIH-1 se fixe aux héparane sulfate (HS) cellulaires, par le biais de la boucle V3 ce qui favorise l'infectivité virale. Cependant, une polyanion solubles (HS12), conjugués à CD4 (mCD4-HS12) a des propriétés antivirales et a montré in vitro une activité contre le VIH-1 à de concentrations nM. En raison de la complexité structurale des HS, le criblage d'oligosaccharides différenciellement sulfatés pour améliorer l'activité de la molécule serait trop difficile. En vue d'obtenir une molécule plus spécifique, de plus haute affinité et plus facile à produire, des peptides mimant les HS ont été synthétisés par nos collaborateurs. Notre but était de cribler ces peptides pour leur capacité à inhiber l'entrée de VIH-1. Nous avons mis en place une plateforme permettant d'immobiliser CCR5 et CXCR4 solubilisés sur des biocapteurs pour cribler des molécules qui inhibent la liaison de gp120-CD4 aux corécepteurs. Pour contrôler le processus de solubilisation, CXCL12, le ligand naturel de CXCR4, a été injecté sur CXCR4 immobilisé. Les affinités des isoformes CXCL12 (α et γ) pour CXCR4 ont été calculées dans les fourchettes de valeurs précédemment décrites avec des techniques différentes prouvant la fonctionnalité de notre système. Nous montrons pour la première fois que les HS régulent différemment les mécanismes de liaison de ces deux isoformes et nous proposons un nouveau mode d'action pour le domaine C-terminal particulièrement basique de CXCL12 γ vis-à-vis de CXCR4. Le système a ensuite été utilisé pour cribler la capacité d'inhibition des peptides mimétiques du HS. Chaque peptide, [S(XDXS)n] contient des acides aminés qui imitent les groupes hydroxyles, carboxyles et sulfates des HS. Le peptide contenant des résidus sulphotyrosines, une fois conjugué à mCD4 (mCD4-P3YSO3), montre un IC50 de l'ordre du nM, pour l'inhibition simultanée de la liaison de gp120 aux HS, à CD4, aux anticorps, aux corécepteurs ainsi que l'infection par VIH-1 in cellulo. Il constitue le premier inhibiteur bivalent de l'entrée qui cible à la fois les virus R5 et X4 et le concept d'un peptide mimétique des HS se prête à une analyse structurale et fonctionnelle de la liaison des chaînes HS aux protéines, une nouvelle technique dans ce domaine.

Background Hematopoietic stem cells located in the bone marrow interact with a specific microenvironment referred to as the stem cell niche. Data derived from ex vivo co-culture systems using mesenchymal stromal cells as a feeder cell layer suggest that cell-to-cell contact has a significant impact on the expansion, migratory potential and ‘stemness’ of hematopoietic stem cells. Here we investigated in detail the spatial relationship between hematopoietic stem cells and mesenchymal stromal cells during ex vivo expansion. Design and Methods In the co-culture system, we defined three distinct localizations of hematopoietic stem cells relative to the mesenchymal stromal cell layer: (i) those in supernatant (non-adherent cells); (ii) those adhering to the surface of mesenchymal stromal cells (phase-bright cells) and (iii) those beneath the mesenchymal stromal cells (phase-dim cells). Cell cycle, proliferation, cell division and immunophenotype of these three cell fractions were evaluated from day 1 to 7. Results Phase-bright cells contained the highest proportion of cycling progenitors during co-culture. In contrast, phase-dim cells divided much more slowly and retained a more immature phenotype compared to the other cell fractions. The phase-dim compartment was soon enriched for CD34+/CD38− cells. Migration beneath the mesenchymal stromal cell layer could be hampered by inhibiting integrin β1 or CXCR4. Conclusions Our data suggest that the mesenchymal stromal cell surface is the predominant site of proliferation of hematopoietic stem cells, whereas the compartment beneath the mesenchymal stromal cell layer seems to mimic the stem cell niche for more immature cells. The SDF-1/CXCR4 interaction and integrin-mediated cell adhesion play important roles in the distribution of hematopoietic stem cells in the co-culture system.