Orientador: Luis Carlos Spolidorio / Banca: Helio Massaiochi Tanimoto / Banca: Rosemary Adriana Chierici Marcantonio / Resumo: O Curcumin apresenta potencial terapêutico no tratamento e prevenção de doenças crônicas, inclusive câncer. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o impacto do tratamento sistêmico do curcumin sobre os períodos iniciais da carcinogênese bucal induzida pelo 4-NQO em ratos. Quarenta ratos distribuídos em quatro grupos (n=10) foram tratados com solução de 50 ppm de 4-NQO dissolvido na água de beber ad libitum durante todo período experimental, que ocorreu em 8 e 12 semanas, sendo que dois desses grupos foram tratados com 30 ou 100 mg/kg de peso corporal de curcumin diariamente por gavagem oral, e um grupo tratado com veículo no volume correspondente à maior dose de curcumin. Os animais do grupo controle negativo (n=10) foram sacrificados no início do experimento. Os cortes histológicos, provenientes da língua dos animais, foram corados por H&E ou submetidos à reação de imunohistoquímica para detecção de PCNA, Bcl-2, SOCS1 e -3 , e STAT3. Parte das peças foi utilizada para a verificação da expressão de Vimentina, Cdh1, Cdh2 e TWIST1 por RT-qPCR. O tratamento com 100mg/kg de peso corporal de curcumin por 12 semanas, principalmente, diminuiu os valores do H-score de PCNA, Bcl-2, SOCS3, STAT3, enquanto aumentou SOCS1, além de reduzir as atipias celulares observadas na análise morfológica do epitélio lingual. A expressão dos genes avaliados por RT-qPCR também foi reduzida pelo tratamento com curcumin, independentemente da dose utilizada. Os resultados do presente estudo demonstram que o curcumin acaba por intervir e atenuar o desenvolvimento do processo carcinogênico. / Abstract: Curcumin has therapeutic potential in the treatment and prevention of chronic diseases , including cancer. The aim of this study was to evaluate the impact of systemic treatment of curcumin on the initial periods of oral carcinogenesis induced by 4 - NQO in rats. Forty rats were distributed into four groups (n = 10) and treated with 50 ppm of 4-NQO solution dissolved in the drinking water ad libitum throughout the experimental period, which occurred at 8 and 12 weeks , with two of these groups were treated with 30 or 100 mg / kg body weight daily by oral gavage curcumin, and a group treated with vehicle corresponding to larger dose of curcumin volume. The animals in the negative control group (n = 10 ) were sacrificed at the beginning of the experiment. Histological sections, from the language of animals, were stained with H&E or subjected to immunohistochemical analysis for detection of PCNA, Bcl-2, SOCS1 and -3, and STAT3. Part of the pieces was used to check the expression of vimentin, Cdh1, Cdh2 and TWIST by RT - qPCR . Treatment with 100mg/kg body weight of curcumin for 12 weeks, mainly, decreased the values of the H -score of PCNA, Bcl-2, SOCS3, STAT3 , while increased SOCS1 , and reduce cellular atypia observed in the morphological analysis of lingual epithelium. The gene expression assessed by RT- qPCR was also reduced by treatment with curcumin, regardless of the dose used. The results of this study demonstrate that curcumin eventually intervene and attenuate the development of the carcinogenic process. / Mestre

An exome sequencing analysis pipeline was constructed to analyze NET germline and somatic samples. SNPs and INDELs were called and annotated from germline and somatic tissue. CNVs were also called for the tumor samples. This was accomplished using open source bioinformatics software that has been developed by the research community. Broad Institute "best practices" were followed. Some of the tools that were used include BWA, SAMtools, GATK, Varscan, VT, VEP, and GEMINI. Computational resources were provided by The University of Iowa NEON computer cluster. 57 germline samples and 15 tumor samples across 23 families with a history of NETs produced 4,452 germline variants, 1,695 somatic variants, 5,853 LOH events, and 627 CNV calls. False positive and driver candidacy filtering was applied. One family with Currarino syndrome has an inherited germline missense variant in MNX1. This variant has a phred-scaled Combined Annotation Dependant Depletion score of 35, putting it in the top 0.031% of deleterious variants. CNV analysis demonstrates that 8 of the 15 tumor samples have large-scale deletions of chromosome 18, three of which have nearly the entire chromosome deleted. An affected tumor suppressor gene in this region includes DCC, which is present in all three variant discovery techniques. Variant prioritization techniques are effective, but need further development to increase candidate variant/gene discovery rate.

Significant work has been done modeling cancerous tumor growth and response to therapy under certain simplifying assumptions, specifically, the assumption of spatial homogeneity. We have chosen a spatially heterogenous model for cancer cell growth using a hybrid Lattice-Gas Cellular Automata method. Cell mitosis, apoptosis, and necrosis are explicitly modeled along with the diffusion of nutrients and a necrotic signal. The model implementation is verified qualitatively and is modified to execute on a parallel computer.

Der Tumornekrosefaktor (TNF) entfaltet seine vielfältigen biologischen Aktivitäten durch die Stimulation der beiden TNF-Rezeptoren TNFR1 und TNFR2. Die TNFR1-vermittelte Signaltransduktion ist in vielen Details gut verstanden, wohingegen die TNFR2-vermittelte Signaltransduktion bis heute kaum untersucht ist. Mit Hilfe einer in unserer Gruppe entwickelten hochaktiven TNFR2-spezifischen TNF-Variante sowie einer bereits länger bekannten TNFR1-spezifischen TNF-Variante wurde in dieser Arbeit die TNF-Signaltransduktion insbesondere im Mutiplen Myelom untersucht. Mit Hilfe der beiden TNF-Varianten konnte gezeigt werden, dass die alleinige Stimulation des TNFR2 die Aktivierung des alternativen NFkappaB-Signalweges vermittelt, wohingegen TNFR1 nicht dazu in der Lage ist. So zeigte sich im Einklang mit der inhibitorischen Funktion des Adapterproteins TRAF2 in der Signaltransduktion des alternativen NFkappaB-Signalweges, dass die TNFR2-Stimulation in einer TRAF2-Depletion resultiert. Dies führt weiterhin zur Akkumulation von NIK und der Prozessierung von p100 zu seiner aktiven Form p52, den klassischen biochemisch nachweisbaren Ereignissen der Aktivierung des alternativen NFkappaB-Signalweges. Aufgrund der Rolle des NFkappaB-Systems im Multiplen Myelom (MM) und der stimulierenden Wirkung des TNFR1 und TNFR2 auf das NFkappaB-System wurde die Expression und Funktion dieser beiden Rezeptoren auf Myelomzelllinien untersucht. Insbesondere wurde analysiert, welchen Effekt eine spezifische Stimulation der beiden TNF-Rezeptoren auf die apoptotische Sensitivität von Myelomzellen hat. Mit einer Ausnahme wiesen alle untersuchten Myelomzelllinien eine eindeutige TNFR2-Oberflächenexpression auf, die TNFR1-Expression hingegen war heterogen. Die TNFR1-Stimulation in den TNFR1-positiven Zelllinien zeigte keinen wesentlichen Einfluss auf die Zellviabilität. Allerdings resultierte eine Vorstimulation mit TNF in einer gesteigerten Sensitivität für den CD95L-induzierten Zelltod, schützte aber gleichzeitig vor der TRAIL-vermittelten Induktion der Apoptose. Der gegenläufige Effekt der TNF-Vorstimulation auf den CD95L- und TRAIL-induzierten Zelltod konnte auf die Hochregulation der CD95-Oberflächenexpression und der gesteigerten Expression des antiapoptotischen cFLIPLong-Proteins zurückgeführt werden. Beide Effekte basieren auf der TNF-induzierten Aktivierung des klassischen NFkappaB-Signalweges. Im CD95L-induzierten Zelltod überkompensierte die Induktion der CD95-Expression offensichtlich die Hochregulation von cFLIPLong und resultierte in gesteigertem Zelltod. Der TRAIL-induzierte Zelltod hingegen wurde durch die TNF-Vorstimulation abgeschwächt, da hier lediglich die durch den klassischen NFkappaB-Signalweg vermittelte gesteigerte Expression des antiapoptotischen cFLIPLong eine Rolle spielte. Desweiteren zeigten die Analysen in dieser Arbeit, dass die TNFR2-Stimulation zu einer Depletion von TRAF2 und z. B. in JJN3-Zellen zu einer Sensitivierung für den TNFR1-induzierten Zelltod führte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten in der Summe somit, dass das TNF-TNFR-Signaling durch verschiedene Mechanismen Einfluss auf den Ausgang der extrinsischen Apoptoseinduktion hat, und dass der Effekt von TNF auf das Überleben von MM-Zellen kontextabhängig ist. / TNF mediates its biological functions by stimulation of the two TNF receptors TNFR1 and TNFR2. TNFR1-mediated signaling has already been studied in detail, whereas TNFR2-mediated signal transduction is poorly understood. In this work a newly developed TNFR2-specific variant and an established TNFR1-specific variant was used to study TNF signaling especially in myeloma cells. With the help of these TNF-variants it is shown here that TNFR2, but not TNFR1, induces activation of the alternative NFkappaB-pathway. Thus in consent with the inhibitory function of TRAF2 in alternative NFkappaB signal transduction, stimulation of TNFR2 resulted in depletion of TRAF2, accumulation of NIK and p100 processing to p52, the biochemical hallmarks of this pathway. Due to the relevance of the NFkappaB-system for multiple myeloma (MM) and the NFkappaB stimulatory activities of TNFR1 and TNFR2, the expression of these two receptors and their effect on apoptotic sensitivity was analyzed in myeloma cell lines. A huge majority of myeloma cell lines express TNFR2 whereas TNFR1 expression is rather restricted. Stimulation of TNFR1 in the TNFR1-positive subset of MM cell lines showed nearly no impact on cellular viability. However, TNF stimulation enhanced CD95L-induced cell death and in parallel reduced the TRAIL-mediated induction of apoptosis. This opposed regulation of TRAIL- and CD95L-induced cell death by TNF based on upregulation of the death receptor CD95 via the classical NFkappaB-pathway and by upregulation of the antiapoptotic protein cFLIPLong via the same pathway. The induction of CD95 expression appeared to overcompensate the upregulation of cFLIPLong and consequently TNF-induced NFkappaB activation resulted, in context of CD95 signaling, in apoptosis enhancement. TRAIL-mediated cell death induction, however, was reduced after TNF prestimulation, due to the fact that here only upregulation of cFLIPLong was relevant. Furthermore the experiments in this study showed that TNFR2-mediated depletion of TRAF2 resulted in a sensitization for TNFR1-induced cell death, for example in JJN3-cells. Taken together, this study revealed that the TNF-TNFR system influenced the outcome of activation of the extrinsic apoptotic pathway in myeloma cells by various mechanisms and the effect of TNF on MM cell survival is thus context dependent.

Nach Einschätzung der Weltgesundheitsorganisation WHO wird Krebs im Jahr 2013 die weltweit häufigste Todesursache bei Menschen und Haustieren sein. Diese Situation erfordert die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze. Hauptziel einer Tumortherapie ist es, sowohl den Primärtumor als auch die Metastasen möglichst vollständig zu entfernen. Dabei wird nach Methoden gesucht, die im Gegensatz zu den meisten gegenwärtigen therapeutischen Einsätzen, wie der chirurgischen Entfernung bösartiger Neubildungen, Chemotherapie und Strahlentherapie, selektiv die bösartigen Zellen erkennen und zerstören können. Eine faszinierende Möglichkeit in dieser Hinsicht ist die Verwendung von onkolytischen Viren, die die Fähigkeit besitzen, sich selektiv sowohl in Primärtumoren als auch in Metastasen anzusiedeln und die Krebszellen dort zu zerstören. Das Konzept, dass Viren nützlich für die Bekämpfung von Krebs sein könnten, ist nicht neu. Allerdings konnte erst in den letzten Jahren durch zahlreiche Studien bestätigt werden, dass verschiedene Viren in der Lage sind, eine signifikante Antitumorwirkung in vivo auszuüben. Zu den erfolgversprechenden onkolytischen Viren zählen insbesondere Adenovirus, Herpes simplex Virus, Reovirus und Vaccinia-Virus, die sich bereits in Phase III der klinischen Studien befinden oder kurz davor sind. Die therapeutische Nutzung von tumorspezifischen onkolytischen Viren beim Menschen hat bereits begonnen. Im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit wurden verschiedene Aspekte der Wirkungsweise von Vaccinia-Virus-Stämmen bei der Therapie verschiedener Tumore aus Mensch und Hund im Xenotransplantat-Mausmodell bearbeitet: die Onkolyse der Krebszellen und Inhibition des Tumorwachstums sowie die Effekte der Virusinfektion auf das Tumormikromilieu und die Mitwirkung des angeborenen Immunsystems bei der Virotherapie. Das Tumormikromilieu (Stroma) setzt sich aus einer Vielzahl verschiedener Zellen und Komponenten der extrazellulären Matrix zusammen. Die Krebszellen bilden unter anderem mit Endothelzellen des Blut- und Lymphsystems und verschiedenen Immunzellen eine komplexe Organ-ähnliche Struktur. Weitere wichtige Bestandteile des Stromas sind Wachstumsfaktoren, Chemokine und Zytokine und die Tumorvaskulatur. Diese ist durch zahlreiche strukturelle und funktionelle Abnormalitäten charakterisiert, wodurch die Effektivität von Strahlen- und Chemotherapie herabgesetzt wird. Weiterhin ist das Tumormikromilieu durch seine Ähnlichkeit mit einer chronischen Entzündungsreaktion gekennzeichnet und wirkt immunsupprimierend auf rekrutierte Leukozyten, die wiederum die Inflammation verstärken und die Angiogenese und das Tumorwachstum weiter fördern. Aufgrund dieser vielen Komponenten ist die Zusammensetzung jedes Tumors einzigartig, weswegen Standardtherapien häufig nicht zu einer Heilung führen. Die Wirkung der Viren bei der Virotherapie beruht vermutlich auf 4 Mechanismen, die einzeln oder in Kombination auftreten können: die direkte Onkolyse der Krebszellen, die Zerstörung des Tumorblutgefäßsystems, die Aktivierung des Immunsystems des Wirts und die Suppression der microRNA-Expression des Wirtes. Zusätzlich kann die Expression therapeutischer Gene die onkolytische Wirkung verstärken. Zum Nachweis der Onkolyse der Krebszellen und Inhibition des Tumorwachstums wurde zuerst das Virus GLV-1h68 in einem autologen humanen Melanomzellpaar, 888-MEL und 1936-MEL, eingesetzt. Das GLV-1h68-Virus wurde auf Basis des Wildtyp Vaccinia-Virus LIVP durch die Insertion von 3 Expressionskassetten in den drei Genloci F14.5L, J2R und A56 genetisch konstruiert. 888-MEL, eine zu einem frühen Zeitpunkt der Krebserkrankung aus einer Metastase isolierte Zelllinie, zeigt nach Infektion mit GLV-1h68 im Mausmodell Tumornekrose („Responder“), während 1936-MEL aus einer späten Metastasierungsphase kaum mit Onkolyse auf eine Virusinfektion reagiert („Poor-Responder“). Die onkolytische Wirkung konnte mittels Durchflusszytometrie in Tumoren beider Zelllinien zu einem frühen Zeitpunkt nach Virusinfektion nachgewiesen werden. In 888-MEL-Tumoren wurde hierbei eine große Zahl infizierter und toter Zellen nach Virusinfektion gefunden. Gleichzeitig wurde eine hohe Zahl an Immunzellen detektiert, die nach Virusinfektion reduziert war. In den schwächer reagierenden 1936-MEL-Tumoren konnte eine Onkolyse bei Infektion mit höherer Virusmenge und zu einem früheren Zeitpunkt demonstriert werden, wodurch mehr Zellen infiziert wurden. Zusätzlich wurde eine Steigerung der nur in geringer Zahl vorhandenen Immunzellen nachgewiesen. Trotz des unterschiedlichen Tumormikromilieus konnte somit ein onkolytischer Effekt in beiden Tumormodellen erzielt werden. ... / The cancer mortality rate is increasing steadily in man and pet animals and it is estimated by the World Health Organisation (WHO) to be number one cause of deaths in 2013. This situation raises the need for developing new therapeutic approaches whereby the main goal of tumor therapy always is the complete elimination of primary tumor and metastases. In contrast to most current therapies, like surgical resection of malignant neoplasia, chemotherapy and radiation, the new cancer treatments should selectively recognize and destroy malignant cells. The application of oncolytic viruses offers fascinating opportunities, because of their ability to selectively colonize primary tumors and metastases and directly destroy cancer cells. The concept of fighting cancer with viruses is not new, but the significant anti-tumoral effect of different viruses in vivo was demonstrated by several studies in the last few years. Promising oncolytic viruses are adenovirus, Herpes simplex virus, reovirus and vaccinia virus. These viruses are currently in or entering phase III clinical trials but the therapeutic use of tumor specific oncolytic viruses for humans has already started. In this work, different aspects of the effects of vaccinia virus strains during therapy of canine and human tumors in mouse xenograft models were analyzed: oncolysis of cancer cells, inhibition of tumor growth, influence of virus infection on the tumor microenvironment and participation of the innate immunity in virotherapy. The tumor microenvironment (stroma) is composed of many different cells and components of the extracellular matrix. Cancer cells form structures similar to organs including endothelial cells of the blood and lymph system, different immune cells and many other cell types. Other important components of the stroma are growth factors, chemokines and cytokines as well as the tumor vasculature that is characterized by numerous structural and functional abnormalities which decrease the efficacy of radiation and chemotherapy. Another hallmark of the tumor microenvironment is its similarity to chronic inflammation and its immunosuppressive effect on recruited leukocytes which in turn increase the inflammation and angiogenesis and promote tumor growth. Due to the many different components the composition of each tumor is unique and that is why standard therapies often do not result in cure. The effects of the viruses in the virotherapy are propably based on four mechanisms working alone or in combination: direct oncolysis of cancer cells, destruction of tumor vasculature, activation of host immune system and suppression of host microRNA expression. Additionally the expression of therapeutic genes can increase the oncolytic effect of the viruses. To analyze the oncolysis of cancer cells and the inhibition of tumor growth first the GLV-1h68 virus was used in an autologous pair of human melanoma 888-MEL and 1936-MEL. GLV-1h68 was genetically constructed on the basis of wild-type vaccinia virus LIVP by insertion of 3 expression cassettes into F14.5L, J2R and A56 gene loci. 888-MEL was isolated from metastases early during cancer disease and exhibits tumor necrosis after infection with GLV-1h68 in mouse xenograft model (responder) whereas 1936-MEL which was isolated in the late phase of metastases formation hardly shows oncolysis following virus treatment (poor-responder). The oncolytic effect was demonstrated by flow cytometric analysis of tumors of both cell lines at an early time after virus infection. In 888-MEL tumors high numbers of infected and dead cells were found after virus infection. Simultaneously, a high number of immune cells were detected which was reduced after infection. In the lower responding 1936-MEL tumors oncolysis was only observed after infection with higher amount of virus at an earlier time whereby the number of infected cells increased. Additionally, the low number of immune cells increased after infection. Despite the different tumor microenvironment an oncolytic effect was achieved in both tumor models. ...

Die endotheliale Dysfunktion stellt eine der Hauptursachen für die Entstehung von Atherosklerose an humanen Gefäßwänden dar und ist somit auch wesentlich an der Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen beteiligt. Das proinflammatorische Zytokin Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) gilt als einer der Hauptinduktoren der endothelialen Dysfunktion. Da bei der Endothelzellapoptose unter TNF-α diverse rezeptorvermittelte oxidative Prozesse innerhalb der Zelle ablaufen, sollte im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden, inwiefern das Multidrug Resistance Associated Protein-1 (MRP-1) bei diesen oxidativen Prozessen und bei der Modulation der TNF-α-Signalkaskade involviert ist. / Endothelial dysfunction is one of the main reasons for atherosclerosis in human vessels and is therefore also involved in the development of cardiovascular diseases. The proinflammatory cytokine TNF-α is a inductor of endothelial dysfunction. This thesis shows how the Multidrug Resistance Associated Protein-1 (MRP-1) is involved in TNF-α induced endothelial cell apoptosis.

TRAIL is a member of TNF superfamily and mediates apoptosis by binding to two DRs, TRAILR1 and TRAILR2. Despite the fact that there are other TRAILRs, TRAILR1 and TRAILR2 receive the major research interest due to their ability to trigger apoptosis and their possible use as targets in tumor therapy. Due to the potential advantages of TRAILR1- or TRAILR2-specific targeting, we investigated recently published TRAIL DR-specific mutants, one conferring specificity for TRAILR1 (TRAILmutR1) and one for TRAILR2 (TRAILmutR2). It was well proved in this work that TRAILmutR1 shows specific binding to TRAILR1 and no specific binding to TRAILR2. TRAILmutR2 vice versa shows specific binding to TRAILR2 and no significant binding to TRAILR1. Moreover, these mutants were able to induce caspase activation and cell death in a TRAILR1/2-specific manner. Moreover, the enhancement of TRAILR2-induced apoptosis by secondary oligomerization of soluble wild-type TRAIL was confirmed for the TRAILR2-specifc TRAIL mutant and similar findings were made with the TRAILR1-specific TRAIL mutant. The soluble form of TRAIL exhibits weak apoptotic activity as compared to transmembrane TRAIL. Therefore, there is the challenge in clinical research to improve the activity of soluble TRAIL. A second strategy besides the above mentioned oligomerization to improve soluble TRAIL activity is anchoring of the molecule to the cell surface, e.g. through the genetic fusion with a scFv domain recognizing a cell surface antigen. In this work, we generated fusion proteins of TRAIL, TRAILmutR1 and TRAILmutR2 with a scFv recognizing CD40 (scFv:G28). Initially, we analyzed the functionality of both the TRAIL domain and the scFv:G28 domain of the corresponding fusion proteins. TRAIL functionality was well proved through its ability to induce cell death in TRAIL sensitive cells such as Jurkat cells, provided that scFv:G28-TRAIL fusion proteins were oligomerized by anti-Flag mAb M2. Concerning the scFv:G28 domain, the fusion proteins showed enhanced binding affinity to cell lines expressing CD40 as compared to their parental CD40-negative cells. Consistent with previous studies investigating TRAIL fusion proteins with other cell surface antigen-targeting scFvs, the scFv:G28 fusion proteins with TRAIL, TRAILmutR1 and TRAILmutR2 showed enhanced induction of cell death in a CD40-dependent manner. Moreover, our results revealed that these fusion proteins have a significant paracrine apoptotic effect on CD40-negative bystander cells upon anchoring to CD40-positive cells which are TRAIL resistant. Thus, the current work provides for the first time scFv fusion proteins of TRAIL and TRAILR1- and TRAILR2-specific TRAIL mutants with CD40-restricted activity. These fusion proteins provide the advantage of attenuating the off-target effects and the potential side effects of per se highly active TRAIL variants on one hand due to the CD40-binding dependent enhancement of activity and on the other hand due to the differential use of TRAILR1 and TRAILR2. CD40 represents a tumor associated marker which is expressed on many tumor cells but also on immune cells. Therefore, the last part of this work focused on the analysis of the ability of scFv:G28-TRAIL fusion proteins to induce CD40 signaling both in tumor cells and also in immune cells. It turned out that the scFv:G28-TRAIL fusion proteins are able to induce CD40 signaling in CD40-positive tumor cells but especially also in immune cells such as iDCs leading to their maturation and further activation of immune responses. Taken together, this work provides novel bifunctional scFv-TRAIL fusion proteins which combine the induction of apoptosis via TRAIL DR with stimulation of CD40 signaling which possibly enhances antitumor immunity. / TRAIL ist ein Mitglied der TNF-Superfamilie und vermittelt Apoptose durch die Aktivierung der Todesrezeptoren, TRAILR1 und TRAILR2. Obwohl es weitere TRAIL-Rezeptoren gibt, liegt das Hauptaugenmerk auf den beiden Apoptose induzierenden Rezeptoren TRAILR1 und TRAILR2 auf Grund ihrer möglichen Anwendung in der Tumortherapie. Wegen der möglichen Vorteile eines spezifischen TRAILR1- und TRAILR2-Targetings, haben wir kürzlich publizierte TRAIL-Todesrezeptor spezifische TRAIL Mutanten untersucht, von denen eine spezifisch für TRAILR1 (TRAILmutR1) und die andere spezifisch für TRAILR2 (TRAILmutR2) ist. Es konnte in dieser Arbeit sehr gut belegt werden, dass TRAILmutR1 spezifisch an TRAILR1 bindet und keine Bindung an TRAILR2 zeigte. Dem entsprechend zeigte die Variante TRAILmutR2 nur eine spezifische Bindung an TRAILR2 und keine signifikante Bindung an TRAILR1. Des Weiteren waren die Mutanten in der Lage, die Caspase-Aktivierung und den Zelltod TRAILR1/2-abhängig zu induzieren. Außerdem konnte eine Erhöhung der TRAILR2-induzierten Apoptose durch eine sekundäre Oligomerisierung der TRAILR2-spezifische TRAIL-Mutante erzielt werden. Ähnliche Ergebnisse zeigte die TRAILR1-spezifische TRAIL-Mutante. Um die Aktivität des löslichen TRAIL Oligomerisierung unabhängig zu erhöhen, wurden in dieser Arbeit TRAIL-Fusionsproteine mit einem scFv (scFv:G28), der CD40 erkennt generiert. In Übereinstimmung mit früheren Studien, die mit TRAIL-Fusionsproteinen von anderen Zelloberflächenantigen-spezifischen scFvs wurden, zeigten die CD40-spezifischen scFv:G28 Fusionsproteine mit TRAIL, TRAILmutR1 und TRAILmutR2 eine verstärkte CD40-abhängige Induktion des Zelltods. Darüber hinaus zeigten unsere Ergebnisse, dass diese Fusionsproteine nach Bindung an CD40-positive Zellen einen parakrinen apoptotischen Effekt, auf umliegende CD40-negative Zellen haben. Diese Arbeit beschreibt somit zum ersten Mal scFv-TRAIL Fusionsproteine mit einer CD40-abhängigen TRAILR1- und TRAILR2-spezifischen Aktivität. CD40 repräsentiert einen tumorassoziierten Marker, der in vielen Tumorzellen aber auch in Zellen des Immunsystems exprimiert wird. Aus diesem Grund fokussierte sich der zweite Teil dieser Arbeit auf die Analyse der Fähigkeit der scFv:G28-TRAIL Fusionsproteine, CD40-Signaling sowohl in Tumor- als auch in Immunzellen zu stimulieren. Es konnte festgestellt werden, dass die scFv:G28-TRAIL Fusionsproteine in der Lage sind, CD40-Signaling in CD40-positiven Tumorzellen, aber auch in Immunzellen, z.B. in iDCs, in denen die ScFv-TRAIL Fusionsproteine die Reifung und Aktivierung induzieren ohne Zelltod auszulösen. Zusammengefasst beschreibt diese Arbeit neue bifunktionelle scFv-TRAIL Fusionsproteine, die die Induktion der Apoptose via TRAIL-Todesrezeptoren und die Stimulation des kostimulatorischen CD40-Moleküls kombinieren, was zu einer synergistischen dualen Antitumor-Aktivität führen kann.

Hintergrund: Kranielle Stereotaxie ist ein wichtiges Therapieinstrument zur Behandlung kranieller neoplastischer Läsionen. Mittels bildgeführter Radiotherapie konnten in den vergangenen Jahren Genauigkeit und Komfort der Patientenlagerung essentiell verbessert werden. Folgende Arbeit untersucht die Bedeutung der bildgeführten Patientenlagerung (Image Guidance) in Bezug auf geometrische Unsicherheiten und deren Einfluss auf die dosimetrische Verteilung. Material und Methoden: In Würzburg wurden zwischen 2006 und 2010, 98 kranielle Läsionen in 71 Patienten radiochirurgisch behandelt. Mittels Cone-Beam CT wurden die Patientenverlagerungen bezogen auf alle 6 Freiheitsgrade vor Behandlungsbeginn (n=98) sowie nach der Therapie (n=64) aufgezeichnet. Aus den Daten für die einzelnen Raumachsen wurde der absolute Versatz (3D-Vektor) sowie maximale Rotation um die resultierende Drehachse berechnet. Die Prae- sowie Posttherapeutische Verlagerungen wurden im Planungssystem simuliert. Für Szenarien mit unterschiedlichen Sicherheitsäumen (0 mm,1 mm, 2 mm) wurde der Ausgleich der Translationen sowie der Rotationen in Bezug auf Dosis-Konformität und Zielabdeckung getrennt untersucht. Ergebnisse: Der mittlere Prae-IG Versatz betrug 3.96 mm ± 1.89 mm mit einer mittleren maximalen Rotation im Raum von 2,02°±0,84°. Der mittlere Lagerungsfehler nach Therapieende betrug 0,88mm±0,61mm mit einer mittleren maximalen Rotation von 0,65°±0,64°. Die Verlagerung während der Bestrahlung korrelierte signifikant mit der Behandlungszeit (0,7mm±0,5mm für t<23min; 1,2mm±0,7mm für t>23min). Die Simulation der Behandlung ohne IG-Ausgleich zeigte einen Einbruch der Zielabdeckung (Coverage Index) von 96,0%±5,7% auf 72,1%±19,0% und der Konformität (Paddick Conformity Index) von 73,3%±11,1% auf 43,4%±17,8%. Pro 1mm Abweichung nahmen Zielabdeckung sowie Konformität um 6% bzw. 10% ab. Alleiniger Ausgleich der Translationen ohne Rotationen führte zu nicht signifikanten Einbussen. Bewegungen während der Bestrahlung führten zu einem Abfall des CI auf 94,3%±6,8% bzw. des PCI auf 70,4%±10,8%. Ein 1mm Sicherheitssaum genügte um diese Bewegungen zu kompensieren Schlussfolgerungen: Bildgeführte Radiotherapie ist ein wichtiges Instrument zur Verbesserung der Therapiepräzision. Unter offensichtlichen Voraussetzungen kann auf den prätherapeutischen Ausgleich der rotatorischen Komponente bei kranieller Stereotaxie verzichtet werden. Bewegungen während der Behandlung reduzieren die gewünschte Zielabdeckung sofern dem nicht durch geeignete Sicherheitssäume Rechnung getragen wird. / Background: Cranial Stereoactic Radiotherapy is an importent instrument for treatment of cranial neoplastic lesions. Over the last years image guidance improved Precesion an comfort of patient setup and treatment essentially. Outcome of IG evaluated in geometrical uncertainties and this impact on dosimetrical coverage is evaluated. Methods and materials: In the department of Radio-oncology in Würzburg 98 cranial lesions in 71 patients were treated with radiosurgery between 2006 and 2010. Pre- (n=98) and Post-treatment (n=64) set-up errors (n=98) were evaluated with cone-beam CT (CBCT) based image-guidance (IG) and were corrected in six degrees of freedom. To evaluated geometrical uncertainties 3D-error and maximal rotation around the resulting rotational-axis was calculated. Pre- and post-therapy set-up-errors were simulated inside the planning system and there impact on dosedistribution was evaluated. Scenarios with different safety margins (0mm, 1mm, 2mm) were simulated and impact of translational and rotational set-up error was evaluated separately. Results: Errors prior to IG were 3.96 mm ± 1.89 mm (3D vector) and the mid-maximum rotational error was 2.02° ± 0.84°. The post-treatment 3D error was 0.88 mm ± 0.61 mm and the mid-maximum rotation was 0,65°±0,64°. Intra-fractional errors were significantly correlated with the total treatment time with 0.7mm±0.5mm and 1.2mm±0.7mm for treatment times ≤23 minutes and >23 minutes (p<0.01), respectively. Simulation of RS without image-guidance reduced target coverage from 96,0%±5,7% to 72,1%±19,0% and conformity from 73,3%±11,1% to 43,4%±17,8%. Each 3D set-up error of 1 mm decreased target coverage and dose conformity by 6% and 10% on average, respectively, with a large inter-patient variability. Pre-treatment correction of translations only but not rotations did not affect target coverage and conformity. Post-treatment errors reduced target coverage to 94,3%±6,8% and conformity to 70,4%±10,8% . A 1 mm safety margin fully compensated intra-fractional patient motion. Conclusions IG-RS with online correction of translational errors achieves high geometric and dosimetric accuracy. Under certain assumptions correction of rotational set-up errors in cranial stereotactic radiotherapy can be neglected. Intra-fractional errors decrease target coverage and conformity unless compensated with appropriate safety margins.

Gehirntumore stellen die zweithäufigste Tumorart im Kindesalter dar. Trotz zahlreicher medizinischer Fortschritte verstirbt auch heute noch ca. 1/3 der Betroffenen und die Überlebenden leiden häufig unter geistigen und körperlichen Langzeitfolgen. Zwei Entitäten, die auch heute noch zu den großen Herausforderungen der pädiatrischen Onkologie zählen, sind das Glioblastom und das Medulloblastom. Um beide Tumorarten weiter erforschen und neue Therapiekonzepte entwickeln zu können, wurden im Zuge dieser Arbeit zwei orthotope Mausmodelle etabliert: ein syngenes Glioblastom- und ein xenogenes Medulloblastom-Modell: GL261-FLuc Glioblastom-Modell: Das Glioblastom ist ein seltener Tumor im Kindesalter. Die extrem schlechte Prognose macht neue Behandlungsstrategien jedoch dringend erforderlich. Immuntherapien könnten hier ein rationaler Ansatz sein. Durch orthotope Inokulation lentiviral transduzierter GL261-FLuc Zellen wurde im Rahmen dieser Arbeit das syngene GL261 Modell etabliert und hinsichtlich seiner biomorphologischen und immunologischen Eigenschaften evaluiert: Ähnlich wie humane Glioblastome zeigen GL261-FLuc Zellen in vivo ein aggressives Wachstum, welches von einer schnellen Proliferation und deutlichen Invasionsneigung geprägt ist. Histologisch bestehen GL261-FLuc Tumore aus astrozytär differenzierten Zellen, die neben typischen Nekrosen auch eine starke, funktionell pathologische Vaskularisierung zeigen. Interessanterweise offenbarte das in vivo BLI nach orthotoper Inokulation eine Phase der „Tumoradaptation“ (Tag 6-14), die immunologischer Natur zu sein scheint. Die Tatsache, dass das Tumorwachstum wie beim Menschen in einer prinzipiell immunkompetenten Umgebung stattfindet und dass GL261-FLuc Zellen eine konstitutionelle und durch IFN γ stimulierbare MHC Klasse I Expression aufweisen, qualifiziert das Modell für immuntherapeutische Untersuchungen. Insgesamt handelt es sich nicht nur um ein gut voraussag- und reproduzierbares Modell, das die immunologischen und bio-morphologischen Kennzeichen des humanen Vorbildes suffizient rekapituliert, sondern es liefert auch dank der Möglichkeit, das Zellwachstum mittels BLI zu verfolgen, interessante Einblicke in das in vivo Verhalten der Zellen. MB3W1 Medulloblastom-Modell: Das Medulloblastom ist der häufigste maligne Gehirntumor des Kindesalters und kann, wie neue Genexpressionsstudien zeigen, in verschiedene molekulare Subgruppen unterteilt werden. Für Gruppe 3 Medulloblastome, die mit Abstand die schlechteste klinische Prognose besitzen, gibt es aktuell nur limitierte Daten, unter anderem auch deshalb, weil kaum geeignete Mausmodelle existieren. Der außergewöhnliche Fall eines zweijährigen Jungen, der an einem äußerst aggressiven anaplastischen Medulloblastom verstorben war, führte zur Etablierung des zweiten Hirntumormodells. Mit Zellen dieses Tumors (MB3W1 Zellen), die nach extrakranieller Metastasierung aus malignen Pleuraergüssen isoliert werden konnten, wurde ein orthotopes Xenograftmodell etabliert. Erstaunlicherweise ließen die Zellen sowohl Tumorstammzell- als auch Gruppe 3-Charakteristika erkennen: In vitro wachsen MB3W1 Zellen wie für Stammzellen typisch in Form von Neurosphären und zeigen neben der Fähigkeit zur exponentiellen Langzeitproliferation auch eine hohe ALDH Aktivität. Die Expression typischer Oberflächenmarker wie CD15 und CD133 ist ebenfalls suggestiv für Tumorstammzelleigenschaften. Die hohe Tumorigenität von MB3W1 Zellen in immuninkompetenten Mäusen (bereits 500 Zellen führten zu 100 % Tumorraten) ist neben der Tatsache, dass die induzierten Tumore exakt die histopathologischen Eigenschaften des Primärtumors rekapitulierten und eine multilineäre Differenzierung zeigten, als weiteres Stammzell-kennzeichen zu werten. Ergänzend zum genetischen Profil (MYC Amplifikation, Gruppe 3 spezifisches Genexpressionsmuster, Tetraploidie, 17q Zugewinne), das MB3W1 Zellen klar als Gruppe 3 Medulloblastom identifiziert, spiegeln MB3W1 Zellen auch das aggressive und disseminierende Verhalten, welches Gruppe 3 Tumore auszeichnet, wider. Die Xenotransplantate zeigten nicht nur ein rapides invasives Wachstum in vivo, sondern es konnte interessanterweise auch am Versuchsende regelhaft eine Metastasierung der Zellen in den zerebrospinalen Liquor beobachtet werden. Das im Zuge dieser Arbeit etablierte Xenograftmodell komplementiert die beiden einzigen derzeit veröffentlichten syngenen Gruppe 3 Modelle, da es im Gegensatz zu diesen ohne zusätzliche genetische Manipulation auskommt. Die einzige Modifikation der Zellen (die lentivirale Transduktion mit eGFP und FLuc) diente dem besseren in vivo „Monitoring“, war optional und veränderte auch das biologische Verhalten der Zellen nicht. Insgesamt ist es ein einfaches und gut reproduzierbares Tumormodell, das die gleichzeitige Erforschung von Tumorstammzell- und Gruppe 3-Eigenschaften erlaubt. Vor allem vor dem Hintergrund des außergewöhnlichen klinischen Verlaufs des Primärtumors ist es ein extrem wertvolles Werkzeug, das in Zukunft hoffentlich dazu beitragen wird, neue gezielte Therapiestrategien für die Behandlung solch aggressiver Tumore entwickeln zu können. / Brain tumors are the second most common tumor entity in childhood. Despite of advances in treatment, one third of patients dies and survivors often suffer from severe side effects of therapy. Two (even today) challenging tumor entities are glioblastoma and medulloblastoma. For exploring these tumors and developing new treatment strategies, two orthotopic brain tumor models in mice should be established within this work: a syngenic gliblastoma model and a xenogenic medulloblastoma model: GL261-FLuc glioblastoma model: Glioblastoma is rare in childhood, but because of the devastating prognosis new treatment options are urgently needed. Immunotherapy seems to be a rational strategy. Within this work an orthotopic mouse model was established using lentiviral transduced GL261-FLuc cells and evaluated regarding to its biomorphological and immunological features: Like human glioblastoma GL261-FLuc cells show aggressive tumor growth with high proliferation and invasion. Histologically tumors are built of astrocytic differentiated tumor cells and typically exhibit necrosis and pathological vascularisation. Interestingly tumor growth is characterized through a typical phase of adaption during day 6-14, which seems to be of immunological nature. This and the facts that tumor growth takes place in an immunocompetent environment and that GL261-Fluc cells show expression of MHC I (stimulable with IFN γ) makes this model valuable for immunotherapy investigations. Taken together the GL261-FLuc model is not only good predictable and reproducible, it also reflects the immunological and biomorphological features of the human counterpart. The ability to visualize the tumor growth with BLI gives interesting insights in tumor behaviour within this model. MB3W1 medulloblastoma model: Medulloblastoma is the most frequent brain tumor in childhood. New gene expression studies now reveal four distinct molecular subgroups of medulloblastoma. For group 3 tumors, which by far have the worst prognosis, only limiting data exists, not least because of a lack of suitable tumor models. An extraordinary case of a two-year-old boy suffering from a highly aggressive anaplastic medulloblastoma led to the second tumor model within this work. With cells, isolated from malignant pleural effusions of this tumor (MB3W1 cells), an orthotopic xenograft model was established. Interestingly tumor cells not only exhibit signs of a group 3 medulloblastoma, but also of tumor stem cells: In vitro cultured cells show exponential longterm proliferation, formation of neurospheres and expression of several stem cell markers like CD15, CD133 and high ALDH activity. In vivo tumor cells typically are highly tumorigenic in immunocompromised mice leading to exact copies of the primary tumor and furthermore show the capacity of multilineage differentiation. The clinical course of the patient and the genetic profile of MB3W1 cells (MYC amplification, group 3 gene expression pattern, tetraploidy and gain of chromosome 17q) clearly classifies the tumor as group 3 medulloblastoma. Furthermore the established MB3W1 tumor model mimics the aggressive behaviour of the patient’s tumor by recapitulating its dissemination tendency. Xenotransplants not only show rapid in vivo proliferation, but also metastasize regularly into the cerebrospinal fluid and invade from there again into the cerebral parenchyma. This xenograftmodel is a valid and good reproducible medulloblastoma model, which exhibits not only tumor stem cell features, but also has a clear group 3 signature and therefore complements the only two at the moment published group 3 models. Especially in light of the extraordinary clinical course of the patient, this model will be an extreme valuable instrument to further investigate this aggressive subtype of medulloblastoma and to develop new treatment strategies.

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2006. / Title proper from title frame. Also available in printed format.