Despite improvements in chemotherapy and radical surgical debulking, peritoneal carcinomatosis (PC) remains among the most common causes of death for abdominal cancers. Immunotherapies have demonstrated efficacy in selected solid malignancies but their potential in PC is poorly explored. Here I report that intraperitoneal injection of an infected cell vaccine (ICV), consisting of autologous tumor cells infected ex-vivo with an oncolytic Maraba MG1 virus expressing interleukin-12 (IL-12), promotes the migration of activated natural killer (NK) cells to the peritoneal cavity in response to the secretion of interferon gamma-induced protein-10 (IP-10) from dendritic cells. This recruitment of cytotoxic, IFNγ-secreting NK cells is associated with a dramatic reduction in tumor burden and improved survival in a colon cancer model of PC. Even in mice with bulky PC (tumors >8 mm), a complete radiological response was demonstrated within 8-14 weeks, associated with 100% long-term survival. Importantly, these results were recapitulated in human lymphocytes exposed to human tumor cell lines infected with MG1-IL12. Finally, I demonstrate that MG1-IL12-ICV generates an effective CD4 and CD8 T cell response in mice following prophylactic immunization associated with the maturation of peritoneal dendritic cells and enrichment of tumor-specific peritoneal T cells. The research presented in this thesis suggests that an MG1-IL12-ICV is a promising therapy that could provide benefit to the thousands of patients diagnosed with PC each year.

Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von IL-12 auf die Rezeptoren DNAM-1, TIGIT und CD96 auf NK-Zellen näher zu untersuchen. Wir konnten nachweisen, dass IL-12 den Rezeptor DNAM-1 hochreguliert. CD96 wurde nach 48-stündiger Inkubation mit IL-12 bei frisch isolierten NK-Zellen zunächst ebenfalls hochreguliert, nach längerer in vitro Kultur mit IL-2/IL-15 und anschließender Intervention mit IL-12 für 48h fiel CD96 allerdings wieder unter das Ausgangsniveau ab. Die höchste Steigerung der Expression durch IL-12 konnte an den Rezeptoren CD62L (Adhäsion) und CD161 (Inhibition) beobachtet werden. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass IL-12 einen Einfluss auf das Verhältnis der NK-Subpopulationen besitzt, indem es durch Hochregulation von CD56 und Herabregulation von CD16 zu einer Umwandlung von CD56dimCD16+ NK-Zellen zu CD56brightCD16- NK-Zellen beitrug. Während bei beiden Populationen DNAM-1 hochreguliert wurde, stieg die Expression von CD96 in der CD56dim Population, fiel aber in der CD56bright Population. Die Expression von TIGIT verhielt sich in der IL-15 Gruppe gegensätzlich dazu. IFN-γ konnte die Expression der Liganden für DNAM-1, TIGIT und CD96 auf einer der untersuchten Tumorzelllinien (SK-ES-1) steigern. Die Zytotoxizität von NK-Zellen konnte nicht durch IL-12 gesteigert werden. Indessen konnten wir feststellen, dass DNAM-1 für die Aufrechterhaltung der zytotoxischen Funktion essentiell war und eine Blockierung von DNAM-1 zu einer drastischen Verringerung derselben geführt hat. Dagegen konnten die NK-Zellen ihre Funktion nach der Blockierung von CD96 weitestgehend aufrechterhalten, es kam allerdings auch nicht zu einer gesteigerten Lyse von Tumorzellen. Die Ergebnisse verdeutlichten, dass IL-12 zwar die Expression von DNAM-1 auf NK-Zellen zu steigern vermochte, dies allerdings nicht zu einer gesteigerten Zytotoxizität der NK-Zellen gegenüber den getesteten drei Tumorzelllinien geführt hat. / The main focus of this work was to examine the influence of IL-12 on the receptors DNAM-1, CD96 and TIGIT on natural killer cells. We could show that IL-12 upregulates DNAM-1 expression. CD96 was upregulated on fresh isolated NK cells as well after 48h incubation with IL-12, however after 7 days in culture with IL-2/IL-15 CD96 was downregulated after treatment with IL-12. The highest increase of expression after treatment with IL-12 was observed for the receptors CD62L (adhesion) and CD161 (inhibitory). Our data suggested that IL-12 has an impact on the balance of the two subpopulations of NK cells. We suggested that via upregulation of CD56 and downregulation of CD16, IL-12 led to a turn from the CD56dimCD16+ NK-cell-population to the CD56brightCD16- population. In both populations DNAM-1 was upregulated, whereas the expression of CD96 was upregulated in the CD56dim population but downregulated in the CD56bright population. The expression of TIGIT was contrary to that of CD96 (in the IL-15 treated group). IFN-Y could increase the expression of the ligands of DNAM-1, TIGIT and CD96 (CD155 and CD112) on one of the examined tumor cell lines (SK-ES-1). Treatment with IL-12 was not able to increase the cytotoxicity of NK cells towards tumor cell lines. Instead we could demonstrate that DNAM-1 was essential for NK cell function and blocking of DNAM-1 dramatically decreased cytotoxicity. However blocking of CD96 had no impact on NK cell cytotoxicity. Our results show that although IL-12 increased expression of DNAM-1 on NK cell surface it had no positive impact on NK cell cytotoxicity towards three different tumor cell lines.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / More than 200,000 American women are diagnosed with breast cancer each year. Although therapies effective in treating metastatic breast cancer currently exist, each year approximately 40,000 women die from this disease. Current evidence indicates that anti-cancer immune responses can be induced by vaccination in situ to the growth of metastasis and protect patients from the tumor recurrence. However, induction of anticancer immune responses may be limited in their efficacy due to immune suppression mechanisms induced by the developing cancer. Myeloid-derived suppressor cells are one population of immune regulators comprised of immature cells of myeloid origin with important roles in blocking immune activation and promoting tumor progression. Elimination or maturation of these cells has been found to promote enhanced anti-tumor effects and improve overall survival. This thesis identifies a new role for interleukin-12 as a modulator of myeloid-derived suppressor cell activity. Interleukin-12 was found to promote up-regulation of cell maturation markers on the surface of myeloid-derived suppressor cells with an accompanying decrease in factors responsible for conferring suppressive activity such as nitric oxide synthase 2 and arginase I. The alterations in myeloid-derived suppressor cells were observed following both in vitro and in vivo treatment with interleukin-12. Further analysis of the anti-tumor efficacy of interleukin-12 revealed that at least part of its suppression of tumor growth can be linked to reductions in myeloid-derived suppressor cell populations in the tumor microenvironment and an influx of active CD8+ T cells into the tumor microenvironment. The findings outlined in this thesis show that interleukin-12 alters the suppressive function of myeloid-derived suppressor cells leading to significant immune infiltration and activation resulting in increased overall survival and a reduction in metastasis.

Thesis (Ph. D.)--University of Florida, 2002. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 98-110).

Um die Rolle von Interleukin-12p75 (IL-12p75) und Interleukin-12p40 (IL-12p40) in der Abwehr einer Kryptokokken-Infektion im Mausmodell zu untersuchen, wurden Mäuse auf 129Sv/Ev Stammhintergrund intraperitoneal und intranasal mit Cryptococcus neoformans (C. neoformans) infiziert. Dabei wurden die Unterschiede im Infektionsverlauf und in der Immunreaktion von Wildtyp-, IL-12p35-/- und IL-12p35/p40-/--Mäusen analysiert. Unterschiede zwischen den Wildtyp- und den IL-12p35-/--Mäusen lassen auf die Bedeutung von IL-12p75 schließen, wogegen Unterschiede zwischen IL-12p35-/-- und IL-12p35/p40-/--Mäusen auf die Rolle von IL-12p40 schließen lassen. Untersucht wurden sowohl die Erregerkonzentration in den Organen, Antigenspiegel im Blut, histologische Veränderungen und Serumantikörperkonzentrationen. Nach intraperitonealer Infektion war die Keimbelastung der Organe bei den Wildtyp-Mäusen geringer als bei beiden IL-12-/--Mausstämmen. Bei Wildtyp-Mäusen waren nicht nur weniger lebende Kryptokokken in den Organen zu finden, sondern auch weniger Kryptokokken Antigen im Serum als bei beiden IL-12-/--Mäusen nachweisbar. Das zeigt, dass IL-12p75 für die Kontrolle der intraperitonealen Infektion mit C. neoformans notwendig ist. IL-12p40 hatte ähnlich wie IL-12p75, wenn auch in etwas geringerem Masse, eine protektive Rolle bei der Erregerabwehr. Ohne IL-12p40 war eine Kontrolle der Infektion auf einem geringen Niveau der Keimbelastung nicht möglich. Besonders deutlich wurde dieses Phänomen beim Antigentiter bei den IL-12p35/p40-/--Mäusen. Durch das Fehlen von IL 12p40 wurde bei den IL-12p35/p40-/--Mäusen viel mehr Antigen über das Blut im Serum verteilt als bei den IL-12p35-/-- oder den Wildtyp-Mäusen. Die Wirtsreaktion bei einer Infektion mit C. neoformans geht mit der Bildung von Granulomen einher. Ohne IL-12p75 kam es zwar noch zur Bildung von Granulomen, diese zeigten aber eine veränderte zelluläre Zusammensetzung. Die IL-12p35/p40-/--Mäuse waren nicht zur Ausbildung von typischen Granulomen fähig. Bei ihnen kam es zu einer vermehrten Ansammlung von Kryptokokken fast ohne Entzündungszellen. IL-12p40 ist also für die Ausbildung einer zellulären Entzündungsreaktion notwendig. IL-12p40 ist auch für die Antikörperbildung gegen C. neoformans erforderlich. Die IL 12p35/p40-/--Mäuse waren kaum in der Lage, spezifische Antikörper gegen C. neoformans zu bilden. IL-12p75 ist für die Ausbildung einer Th1-Antwort notwendig. Infizierte Wildtyp-Mäuse produzierten doppelt soviel IgG2a, welches für ein Th1-Antwort typisch ist, wie die IL 12p35-/--Mäuse. Der intranasale Infektionsweg kommt der natürlichen aerogenen Infektion recht nahe. Deshalb wurde – zusätzlich zur intraperitonealen Infektion - dieser Infektionsweg zur Untersuchung der Immunantwort gegen C. neoformans berücksichtigt. Auch bei intranasaler Infektion ist IL-12p75 für die Kontrolle der Keimbelastung der Organe notwendig. Interessanterweise war die Keimbelastung der Lunge bei den IL-12p35-/--Mäusen etwas höher als bei den IL-12p35/p40-/--Mäusen. Bei den Wildtypmäusen war die Dissemination der Kryptokokken aus der Lunge in die Milz und ins Gehirn gering. Ein Fehlen von IL-12p75 bewirkte allerdings eine Besiedlung besonders des Gehirns. Nach intranasaler Infektion kam es in der Lunge von Wildtyp-Mäusen zu atypischen Granulomen mit zentraler Einschmelzung von Gewebe und Kryptokokken. Diese Reaktion war bei den IL-12p35-/--Mäusen noch stärker ausgeprägt als bei den Wildtyp-Mäusen. Bei den IL-12p35/p40-/--Mäusen blieb eine Gewebsreaktion größerer Areale aus. Es waren nur eine Aktivierung des BALT zu sehen. IL-12p40 ist demnach auch nach intranasaler Infektion für eine zelluläre Entzündungsreaktion notwendig. Möglicherweise kann sich diese Eigenschaft von IL-12p40 bei intranasaler Infektion in einer immunpathologischen Reaktion äußern, die bei IL-12p35-/--Mäusen für eine massive Infiltration der Lunge mit Entzündungszellen verantwortlich ist. Der Gehalt an Kryptokokken-spezifischen Antikörpern war nach intranasaler Infektion fünf- bis zehnmal höher als nach intraperitonealer Infektion. Der intranasale Infektionsweg zeigte also eine wesentlich ausgeprägtere humorale Antwort. Der Typ der Immunantwort schien sich im Gegensatz zur intraperitonealen Infektion in Richtung Th2 (d. h. verstärkte Antikörperbildung) verschoben zu haben. Sowohl nach intraperitonealer wie auch nach intranasaler Infektion mit C. neoformans lassen sich die immunstimulatorischen Aktivitäten von IL-12p75 und von IL-12p40 nachweisen, auch wenn diese sich in Abhängigkeit vom Infektionsweg etwas unterschiedlich manifestieren. / To analyse the role of interleukin-12p75 (IL-12p75) and interleukin-12p40 (IL-12p40) in the defence against Cryptococcus neoformans (C. neoformans) a murine infection model was established and studied. Mice of wild-tpye 129Sv/Ev background as well as IL-12p35-/- and IL-12p35/p40-/- 129Sv/Ev mice were infected intraperitoneally or intranasally with C. neoformans. The differences between the immune response of these genotypes were analysed. Comparing wild-type and IL-12p35-/--mice allows for conclusions related to the importance of IL-12p75, comparing IL-12p40-producing IL-12p35-/- mice with IL-12p35/p40-/- mice shows the importance of IL-12p40. Fungal organ burden, serum antigen levels, inflammatory cell responses, and antibody production were examined. The fungal organ load in wild-type mice was smaller than in both mutant IL-12-/--mice. In wild-type mice fewer cryptococci were found in organs and less cryptococcal antigen in serum than in IL-12p35-/- and IL-12p35/p40-/- mice. This underlines the importance of IL 12p75 for the control of the infection with C. neoformans. In addition, IL-12p40 was found to have a similar but weaker role as IL-12p75 in protection against C. neoformans. In the absence of IL-12p40 IL-12p35/p40-/- mice developed higher antigen titers than IL-12p35-/- and wild-type mice. The host response against infection with C. neoformans is associated with granuloma formation. Recruitment of inflammatory cells to granulomas was altered in the absence of IL 12p75. In addition, IL-12p40 contributed significantly to granuloma formation since IL 12p35/p40-/- mice developed no or only very poor granulomatous responses. Therefore, IL 12p40 is required for inflammatory cell responses. IL-12p40 was also found to be required for antibody production against C. neoformans. Infected IL-12p35/p40-/--mice had only very low levels of specific antibodies against C. neoformans. IL-12p75 is known to be essential for protective Th1 response against intracellular microorganisms. Th1 responses are commonly associated with the production of IgG2a. Infected wild-type mice produced 2-fold higher IgG2a levels than IL-12p35-/--mice. To adapt the infection model more to the natural infection mode the intraperitoneal infection route was changed to an intranasal route. Following intranasal infection IL-12p75 also proved to be necessary for control of the fungal organ load. Interestingly the organ load was higher in IL-12p35-/--mice than in IL-12p35/p40-/-mice which suggest a role of IL-12p40 in cell recruitment. Following intranasal application of cryptococci fungal dissemination to spleen and brain was reduced as compared to the intraperitoneal infection route. Without IL-12p75 dissemination of C. neoformans to the brain occured. This shows that IL-12p75 is involved in control of dissemination from lung to brain. The inflammatory response of IL-12p35-/--mice was stronger than the tissue response of wild-type mice. The massive tissue reactions of IL-12p35-/--mice caused big areas of diffuse cellular infiltration in their lungs. In IL-12p35/p40-/--mice inflammatory responses could be observed only in the peribronchial tissue. This shows that IL-12p40 is not only needed for a cellular inflammatory response following intraperitoneal but also following intranasal infection. Following intranasal infection IL-12p40 can induce immunopathological effects. Intranasal infection of mice with C. neoformans resulted in five to ten times higher antibody responses than intraperitoneal infection. This suggests that intranasal infection of mice results in a more Th2-biased humoral response. In summary, these experiments show that besides IL-12p75 also IL-12p40 contributes to cellular immunity against C. neoformans. The immunostimulatory properties of both, IL 12p75 and IL-12p40, can be observed after intraperitoneal and intranasal infection routes with similar but also distinct manifestations.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2002. / Härtill 5 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2008. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 129-144).

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 1998. / Includes bibliographical references (leaves 137-161).

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 273-291).

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20808号 / 医博第4308号 / 新制||医||1025(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 椛島 健治, 教授 玉木 敬二, 教授 生田 宏一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM