Der Einfluss des Osteoblasten- und Tumorzellfibronektins auf die Immunzellen

Abstract

The function of the osteoblastic niche for the hematopoesis is an aim of recent research. This work shows, that fibronectin originating from osteoblasts leads to an increase of hematopoetic stem cells and granulocyte monocyte progenitors (GMP). The most abundant fibronectin isoform in OB is EDA. This thesis gives first evidence that there is a relationship between the differentiation of HSPC, GMPs and EDA. These results were associated with a changed expression in two intergrins, α4ß7 and α5ß1. The impaired differentiation of GMPs also leads to a decrease of myeloid and granulocyte progenitor cells. Additionally, myeloid progenitors displayed an increased production of cytokines inhibiting tumor growth. There also was a decrease of myeloid derived suppressor cells (MDSC), which are normally contributers of tumor growth through a t-cell suppression dependent mechanism and the production of tumor proliferating cytokines. The decrease of these cells should be benefical for the inhibition of tumor growth and indeed there was a decrease of tumor growth in two tumor models (murine melanoma and human breast cancer bone metastases). These results are due to the decreased number of MDSCs and the increased production of tumor proliferating cytokines. This effect was t-cell independent. A correlation between OB-FN and the inhibited tumor growth were verified by adoptive transfer experiments with in vitro differentiation of myeloid progenitor cells in presence and absence of EDA and the induction of melanoma. The presence of EDA during the differentiation was able to induce an increase of tumor growth again. This thesis presents for the first time the influence of osteoblast fibronectin in immune cell differentiation and indirectly on tumor growth. The second part of this work suggests, that the deletion of fibronectin in tumor cells, especially of EDA, leads to an inhibted growth of human breast cancer cells in bone and in an increased number of macrophages in the tumor. The analysis of the cytokine production of tumor-associated macrophages showed a tumor inhibiting cytokine profil, which suggest, that the macrophages in the tumor are so called M1-macrophages. M1-macrophages are known to inhibit tumor growth. The depletion of macrophages with clodronate lipsomes in mice, leads indeed to an increase of tumor growth in absence of the tumor cell fibronectin. For the first time it was therefore show an influence of a changed extracellular matrix production on macrophages in tumors.

Die Rolle der osteoblastischen Nische bei der Hämatopoese ist Gegenstand aktueller Forschung. Diese Arbeit befasste sich mit der Funktion des Fibronektins, das von den Osteoblasten stammt, bei der Hämatopoese. Es zeigte sich durch die Abwesenheit des Osteoblastenfibronektins eine Erhöhung der hämatopoetischen Stammzellen und granulozytären monozytären Progenitoren (GMP). Durch Abwesenheit die Osteoblastenfibronektins fehlt vor allem die Fibronektinisoform EDA. Diese Arbeit konnte erstmals einen direkten Zusammenhang zwischen der Differenzierung der hämatopoetischen Stammzellen, sowie GMPs und EDA zeigen. Dies war assoziiert mit einer veränderten Expression von zwei Integrinen, α4β7 und α5β1. Die beeinträchtigte Differenzierung der GMPs führte zu einer Verminderung der monozytären und granulozytären Vorläuferzellen, welche vermehrt inflammatorische, tumorwachstumshemmende Zytokine produzieren. Es zeigte sich auch eine Verminderung der myeloiden Suppressorzellen (MDSCs), die normalerweise das Wachstum von Tumoren durch T-Zell vermittelte Immunsuppression und die Produktion von tumorfördernden Zytokinen begünstigen. Die Verminderung der MDSCs wäre somit bei der Bekämpfung von Tumoren von Vorteil. In der Tat zeigte sich ein verlangsamtes Tumorwachstum bei zwei Tumormodellen (murinen Melanomen und humanen Brustkrebsknochenmetastasen), was auf eine verminderte Anzahl der MDSCs und einer verstärkten Produktion von wachstumshemmenden Zytokinen der Monozyten zurückzuführen war. Dieser Effekt war T-Zell unabhängig. Durch Transferexperimente mit in vitro differenzierten myeloiden Vorläuferzellen in An- bzw. Abwesenheit von EDA und der Induktion von Melanomen konnte ein kausaler Zusammenhang zwischen vermindertem Tumorwachstum und Osteoblastenfibronektin bestätigt werden. Diese führten nach Anwesenheit von EDA während ihrer Differenzierung wieder zu einem vermehrten Tumorwachstum. Erstmals konnte somit ein Einfluss des Osteoblastenfibronektins auf die Immunzelldifferenzierung und deren späteren Funktion gezeigt werden. Im zweiten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Verlust des endogenen FN bzw. des EDA von humanen Brustkrebszellen zu einem verminderten Wachstum und vermehrten Vorkommen von Makrophagen im Tumor führt. Das Zytokinprofil dieser Makrophagen zeigte, dass in Abwesenheit von EDA vermehrt tumorhemmende M1-Makrophagen im Tumor zu finden sind. Dass für das verminderte Tumorwachstum tatsächlich die Makrophagen verantwortlich sind, konnte die Depletion der Makrophagen in den Mäusen zeigen, da die Tumore danach wieder ein verstärktes Tumorwachstum aufwiesen. Es konnte somit erstmals ein Einfluss der veränderten Matrixproduktion auf Makrophagen in Tumoren gezeigt werden.