Glycoprotein A repetition predominant (GARP) as a key molecule in the immunosuppressive tumor microenvironment

Abstract

The immunosuppressive tumor microenvironment (TME) represents a major challenge for effective tumor therapy. Consisting of connective tissue and vessels, immune cells and soluble factors, among others, the TME actively suppresses the antitumor immune response and promotes tumor growth and metastasis. Glioblastoma (GB) is a highly aggressive brain tumor characterized by great heterogeneity and low survival rates. Despite treatment, recurrence of glioblastoma is almost inevitable. Glioblastoma stem cells (GSC) are the main cause of therapy resistance and tumor recurrence. GSC are characterized by stem cell properties such as unlimited self-renewal, inherent plasticity and high resistance to therapy. Therefore, GSC are the most clinically relevant target for GB therapy, but are difficult to identify due to the lack of universal markers. Therefore, there is an urgent need for new GSC markers and innovative therapeutic approaches targeting specific immunosuppressive pathways in GB. Glycoprotein A repetitions predominant (GARP), is expressed on the surface of activated regulatory T cells and platelets and has potent immunosuppressive properties. In Zimmer et al, 2019 (manuscript I), the expression of GARP was detected in glioblastomas, low-grade astrocytomas and on the surface of GB cells and GSC. It was shown that GB cells exhibit a strong GARP-mediated immunosuppressive effect and suppress the proliferation of T cells. In Zimmer et al, 2023 (manuscript II), expression of GARP on GSC was demonstrated (1) from different regions of a tumor, (2) with different differentiation and stem cell potential and (3) over the course of therapy. In contrast to other markers such as CD133, the expression of GARP remained stable. Furthermore, GARP was localized in the nucleus and cytoplasm of GB cells, including GSC. This nuclear localization of GARP correlated with poor survival in patients with GB. However, although GARP was first identified on platelets, more detailed information on the role of GARP on platelets and its interaction with leukocytes during inflammation is limited. In Zimmer et al, 2021 (manuscript III), it was shown that platelets are able to induce regulatory T cells in a GARP-dependent manner (Treg). Cocultures of CD4+ T cells with platelets led to the induction of a regulatory phenotype. In addition, these "platelet-induced" Treg had a significant suppressive capacity. Analysis of platelets from melanoma patients compared to healthy donors showed that patients with stable disease had lower platelet counts compared to patients with progressive disease. In addition, melanoma patients show significantly higher GARP expression on platelets compared to healthy donors. Overall, GARP was shown to contribute to the immunosuppressive TME, to be a potential complementary marker for the characterization and identification of human GSC and its nuclear localization to be a marker for patient survival. Furthermore, platelets have been shown to induce peripheral Treg via GARP. This is of particular importance with regard to cancer-associated thrombocytosis, where poor prognosis and metastasis are associated with high circulating platelets.

Das immunsuppressive Tumormikromilieu (TME) stellt eine große Herausforderung für eine effektive Tumortherapie dar. Bestehend aus u.a. Bindegewebe und Gefäßen, Immunzellen und löslichen Faktoren unterdrückt das TME aktiv die antitumorale Immunantwort und fördert Tumorwachstum und Metastasierung. Das Glioblastom (GB) ist ein hochaggressiver Hirntumor, der sich durch große Heterogenität und niedrige Überlebensraten auszeichnet. Trotz Therapie ist ein Rezidiv des Glioblastoms nahezu unvermeidlich. Glioblastom-Stammzellen (GSC) sind die Hauptursache für Therapieresistenz und Tumorrezidive. GSC zeichnen sich durch Stammzelleigenschaften wie unbegrenzte Selbsterneuerung, inhärenter Plastizität und eine hohe Therapieresistenz aus. Daher sind GSC das klinisch relevanteste Ziel für eine Therapie des GB, sind jedoch aus Ermangelung allgemeingültiger Marker schwer zu identifizieren Daher besteht ein dringender Bedarf an neuen GSC-Markern und innovativen Therapieansätzen, die auf spezifische immunsuppressive Signalwege bei GB abzielen. Glycoprotein A repetitions predominant (GARP), wird auf der Oberfläche von aktivierten regulatorischen T-Zellen und Thrombozyten exprimiert und besitzt potente immunsuppressive Eigenschaften. In Zimmer et al., 2019 (Manuskript I) wurde die Expression von GARP in Glioblastomen, niedriggradigen Astrozytomen und auf der Oberfläche von GB-Zellen und GSC nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass GB-Zellen eine starke GARP-vermittelte, immunsuppressive Wirkung aufweisen und die Proliferation von T-Zellen supprimieren. In Zimmer et al., 2023 (Manuskript II) konnte eine Expression von GARP auf GSC (1) aus verschiedenen Regionen eines Tumors, (2) mit unterschiedlichen Differenzierungs- und Stammzellpotential und (3) über den Therapieverlauf hinweg nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu anderen Markern wie CD133 blieb die Expression von GARP stabil. Darüber hinaus wurde GARP im Zellkern und im Zytoplasma von GB-Zellen, einschließlich GSC, lokalisiert. Diese nukleäre Lokalisation von GARP korrelierte mit einer schlechten Überlebensrate bei Patienten mit GB. Obwohl GARP als erstes auf Thrombozyten identifiziert wurde, sind genauere Informationen über die Rolle von GARP auf Thrombozyten und deren Interaktion mit Leukozyten während der Inflammation jedoch begrenzt. In Zimmer et al., 2021 (Manuskript III), konnte gezeigt werden, dass Thrombozyten in der Lage sind, GARP-abhängig regulatorische T-Zellen zu induzieren (Treg). Kokulturen von CD4+ T-Zellen mit Thrombozyten führten zur Induktion eines regulatorischen Phänotyps. Darüber hinaus besaßen diese "Thrombozyten-induzierten" Treg eine signifikante Suppressionskapazität. Die Analyse der Thrombozyten von Melanompatienten im Vergleich zu gesunden Spendern zeigte, dass Patienten mit stabiler Erkrankung im Gegensatz zu Patienten mit progredienter Erkrankung eine niedrigere Thrombozytenzahl aufweisen. Darüber hinaus zeigen Melanompatienten im Vergleich zu gesunden Spendern eine signifikant höhere GARP-Expression auf den Thrombozyten. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass GARP zum immunsuppressiven TME beiträgt, ein potenzieller ergänzender Marker für die Charakterisierung und Identifizierung humaner GSC ist und seine nukleäre Lokalisation einen Marker für das Überleben der Patienten darstellt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass Thrombozyten über GARP periphere Treg induzieren Dies ist von besonderer Bedeutung im Hinblick auf die Krebs-assoziierte Thrombozytose, bei der eine schlechte Prognose und Metastasierung mit hohen zirkulierenden Thrombozyten verbunden sind.