Authors:	Bündgen, Georg
Title:	Evaluation der Proteinkinase CK2 als Zielmolekül für die Manipulation von intratumoralen regulatorischen T-Zellen
Online publication date:	24-Oct-2022
Year of first publication:	2022
Language:	german
Abstract:	Regulatorische T-Zellen (Treg-Zellen) sind ein essenzieller Bestandteil peripherer Toleranzmechanismen. Die suppressiven Fähigkeiten von Treg-Zellen können aber auch negative Effekte nach sich ziehen, die bei Tumorerkrankungen beobachtet werden können: die Suppression einer effektiven Immunantwort gegenüber Tumoren. Der Versuch, tumor-infiltrierende Treg-Zellen in ihren suppressiven Fähigkeiten einzuschränken, stellt deswegen einen vielversprechenden Ansatz für zukünftige anti-tumorale Immuntherapien dar. Basierend auf den Studien von Ulges et al. konnte die Proteinkinase CK2 (CK2) als geeignetes Zielmolekül identifiziert werden. Insbesondere die Fähigkeit zur Suppression von Typ2-Immunantworten in der Lunge war durch die spezifische Deletion der CK2 in Treg-Zellen stark eingeschränkt. Verantwortlich dafür zeigte sich eine Subpopulation von Treg-Zellen, die den inhibitorischen Oberflächenrezeptor ILT3 exprimieren. Die Expression von ILT3 wird dabei durch die CK2 kontrolliert wird, wobei die genaue Funktion von ILT3 für die Bedeutung für die Suppressionsmechanismen von Treg-Zellen weiterer Studien bedarf. Unbestritten ist jedoch, dass die ILT3-Expression von der CK2-Ativität negativ reguliert wird und dadurch als nützlicher Surrogat-Marker für die CK2-Aktivität in Treg-Zellen verwendet werden kann. Daran anknüpfend sollte in dieser Arbeit die Frage beantwortet werden, ob die genetische und pharmakologische Inhibition der CK2 in Treg-Zellen einen Einfluss auf deren suppressiven Fähigkeiten bezüglich der Immunantwort gegenüber Tumoren hat und inwieweit ILT3-exprimierende Treg-Zellen (ILT3+ Treg-Zellen) in diesem Kontext eine Rolle spielen. In Datenbankanalysen von humanen Melanombiopsien konnten erste Hinweise gesammelt werden, dass eine hohe ILT3-Expression im Tumorgewebe einem günstigen Krankheitsverlauf zuträglich sein kann, wobei eine starke Korrelation, zwischen der ILT3- und der FOXP3-Expression beobachtet wurde. Diese Beobachtungen untermauern die Arbeitshypothese, dass basierend auf einer niedrigen CK2-Expression eine hohe Expression von ILT3 auf Treg-Zellen die suppressiven Fähigkeiten von Treg-Zellen auch im Kontext der Tumorimmunologie vermindert. Um dies in einem Tiermodell zu verifizieren, wurde im prä-klinischen B16F10 Melanommodell das Tumorwachstum von Mäusen mit einer spezifischen Deletion der CK2β-Untereinheit in Treg-Zellen (Csnk2bTreg-/--Mäusen) und wildtypischen Csnk2bfl/fl-Mäusen vergleichend beobachtet und nachfolgend die Frequenz von intratumoralen ILT3+ Treg-Zellen bestimmt. Dabei zeigte sich, dass das Tumorwachstum in Csnk2bTreg-/--Mäusen signifikant verlangsamt war und gleichzeitig eine signifikant erhöhte Frequenz von ILT3+ Treg-Zellen in den Tumoren von Csnk2bTreg-/--Mäusen detektiert werden konnte. In der vergleichenden Analyse der zugrundeliegenden Immunantwort konnten signifikante Unterschiede in der Zusammensetzung der intratumoralen T-Zellpopulation festgestellt werden. Es zeigte sich, dass in die Tumore von Csnk2bTreg-/--Mäusen verstärkt anti-tumorale T-Zellen (konventionelle CD4+ T-Zellen und CD8+ T-Zellen) einwandern, woraus ein deutlich gesteigertes Verhältnis von anti-tumoralen T-Zellen zu pro-tumoralen Treg-Zellen in Tumoren von Csnk2bTreg-/--Mäusen resultiert. Die T-Zellimmunantwort gegen Tumore von Csnk2bTreg-/--Mäusen zeigte dabei Charakteristika einer TH2-vemittelten Immunantwort. Die damit einhergehende erhöhte Konzentration von TH2-assoziierten Zytokinen scheint wiederum verantwortlich zu sein, dass es zu einer gesteigerten Infiltration von Eosinophilen Granulozyten in das Tumorgewebe von Csnk2bTreg-/--Mäusen kommt. Die erhöhte Frequenz von Eosinophilen Granulozyten in den Tumoren erwies sich dabei als essenziell für das verminderte Tumorwachstum in Csnk2bTreg-/--Mäusen. In internetgestützten Datenbankanalysen von humanen Melanombiopsien konnten gewisse Parallelen zum prä-klinischen B16F10 Melanommodell beobachtet werden. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus dem B16F10 Melanommodell zeigte sich, dass eine hohe Expression von Genen, die mit Typ2-Immunzellen assoziiert sind, einen positiven Einfluss auf die Überlebensrate im humanen malignen Melanom hat. Für die Evaluation des Potenzials der pharmakologischen CK2-Inhibition wurde in weiteren Experimenten der Einfluss eines CK2-Inhibitors auf das Tumorwachstum und im Speziellen auf tumor-infiltrierende Treg-Zellen untersucht. Dabei konnten eindeutige Hinweise gesammelt werden, dass die Applikation des CK2-Inhibitors die Eigenschaften von intratumoralen Treg-Zellen beeinflusst und dies wesentlich zum verminderten Tumorwachstum beigetragen hat. Im Hinblick auf Kombinationstherapien mit klinisch erprobten Checkpoint-Inhibitoren wurde abschließend, die Expression pharmakologisch relevanter Oberflächenmoleküle auf tumor-infiltrierenden Treg-Zellen evaluiert. Dabei zeigten intratumorale Treg-Zellen aus Csnk2bTreg-/--Mäusen unter anderem eine verminderte Expression von PD-1, TIGIT und CD39. Regulatory T cells (Treg cells) are crucial for the maintenance of peripheral tolerance. However, the suppressive properties of Treg cells can also have negative effects in cancer through the suppression of an effective immune response against tumours. Therefore, the inhibition of the Treg cell-mediated suppression of the antitumour response could be a promising strategy in future cancer immunotherapies. Studies by Ulges et al. identified the protein kinase CK2 as suitable target. CK2 is highly active in Treg cells and has a significant impact on the suppressive properties of Treg cells. The ability of Treg cells to suppress type 2 immune responses in the lungs is especially affected by the specific deletion of the CK2 in Treg cells. In this study, a subpopulation of Treg cells expressing the inhibitory surface receptor ILT3, and whose expansion is controlled by CK2, were shown to be responsible for these observations. While the exact role of ILT3 in the suppressive functions of Treg cells requires further research, it can be used as a surrogate marker for CK2 activity in Treg cells. Following on from this, the thesis outlined here, aims to answer the question of whether genetic and pharmacological inhibition of CK2 in Treg cells has an impact on their suppressive capabilities with respect to the immune response against tumours. Further, this thesis aims to determine the extent to which ILT3-expressing Treg cells (ILT3+ Treg cells) play a role in this context. In database analyses of human melanoma biopsies, preliminary hinds have been observed, that a high ILT3 expression in tumour tissues may be conducive to favourable disease progression, with a strong correlation observed between ILT3 and FOXP3 expression. These observations support our hypothesis that a high ILT3 expression by Treg cells, which is dependent on low CK2 expression, limits the suppressive capacities of Treg cells in the context of tumour immunology. To dig deeper into this subject, we conducted a comparative analysis of tumour growth in mice with a conditional knockout of the CK2β subunit in Treg cells (Csnk2bTreg-/- mice) and wild type mice (Csnk2bfl/fl mice) using the preclinical B16F10 melanoma model. We observed that Csnk2bTreg-/- mice showed significantly reduced tumour growth accompanied by an increased frequency of intratumoural ILT3+ Treg cells. In the subsequent analysis of the underlying immune reaction against the tumour we detected significant changes in the composition of the intratumoural T cell population. It was found that more antitumoural T cells (conventional CD4+ T cells and CD8+ T cells) migrate into the tumours of Csnk2bTreg-/- mice resulting in a significantly increased ratio of antitumoral T cells to protumoural Treg cells. Here, the T-cell-mediated immune response against tumours of Csnk2bTreg-/- mice showed characteristics of a TH2-mediated immune response with elevated levels of TH2-associated cytokines leading to an increased infiltration of eosinophil granulocytes into the tumours of Csnk2bTreg-/- mice. The increased frequencies of eosinophil granulocytes were found to be responsible for the reduced tumour growth in Csnk2bTreg-/- mice. Regarding a favourable composition of the immune cell population in melanomas, we observed certain parallels between the preclinical B16F10 melanoma model and human malignant melanoma biopsies. It appeared that a high expression of genes which are associated with type 2 immune cells have a positive impact on the survival rate in human malignant melanomas. To further evaluate the potential of the pharmacological CK2 inhibition we investigated the influence of a CK2 inhibitor on tumour growth and in particular on the properties tumour infiltrating Treg cells. We found clear indications that CK2 inhibition has an impact on the characteristics of intratumoural Treg cells. Additionally, the results suggested that the impact on the Treg cells is particularly important for the anti-tumoral effect of the CK2-inhibitor. In view of combination therapies with clinically proven checkpoint inhibitors we finally examined the expression of pharmacologically relevant surface receptors on Treg cells. Here, intratumoural Treg cells of Csnk2bTreg-/- mice showed a significantly reduced expression of both PD-1; TIGIT and CD39.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics 570 Biowissenschaften 570 Life sciences 610 Medizin 610 Medical sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-7826
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-665d42b7-4590-43a9-8c93-6ec70c7f6ae53
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	132 Seiten, Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen