Georg-Speyer-Haus
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The transcription factor Tal1 is a critical activator or repressor of gene expression in hematopoiesis and leukaemia. The mechanism by which Tal1 differentially influences transcription of distinct genes is not fully understood. Here we show that Tal1 interacts with the peptidylarginine deiminase IV (PADI4). We demonstrate that PADI4 can act as an epigenetic coactivator through influencing H3R2me2a. At the Tal1/PADI4 target gene IL6ST the repressive H3R2me2a mark triggered by PRMT6 is counteracted by PADI4, which augments the active H3K4me3 mark and thus increases IL6ST expression. In contrast, at the CTCF promoter PADI4 acts as a repressor. We propose that the influence of PADI4 on IL6ST transcription plays a role in the control of IL6ST expression during lineage differentiation of hematopoietic stem/progenitor cells. These results open the possibility to pharmacologically influence Tal1 in leukaemia.
IKKα promotes intestinal tumorigenesis by limiting recruitment of M1-like polarized myeloid cells
(2014)
The recruitment of immune cells into solid tumors is an essential prerequisite of tumor development. Depending on the prevailing polarization profile of these infiltrating leucocytes, tumorigenesis is either promoted or blocked. Here, we identify IκB kinase α (IKKα) as a central regulator of a tumoricidal microenvironment during intestinal carcinogenesis. Mice deficient in IKKα kinase activity are largely protected from intestinal tumor development that is dependent on the enhanced recruitment of interferon γ (IFNγ)-expressing M1-like myeloid cells. In IKKα mutant mice, M1-like polarization is not controlled in a cell-autonomous manner but, rather, depends on the interplay of both IKKα mutant tumor epithelia and immune cells. Because therapies aiming at the tumor microenvironment rather than directly at the mutated cancer cell may circumvent resistance development, we suggest IKKα as a promising target for colorectal cancer (CRC) therapy.
Myelodysplastic syndromes (MDSs) represent clonal disorders mainly of the elderly that are characterized by ineffective hematopoiesis and an increased risk of transformation into acute myeloid leukemia. The pathogenesis of MDS is thought to evolve from accumulation and selection of specific genetic or epigenetic events. Emerging evidence indicates that MDS is not solely a hematopoietic disease but rather affects the entire bone marrow microenvironment, including bone metabolism. Many of these cells, in particular mesenchymal stem and progenitor cells (MSPCs) and osteoblasts, express a number of adhesion molecules and secreted factors that regulate blood regeneration throughout life by contributing to hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) maintenance, self-renewal and differentiation. Several endocrine factors, such as erythropoietin, parathyroid hormone and estrogens, as well as deranged iron metabolism modulate these processes. Thus, interactions between MSPC and HSPC contribute to the pathogenesis of MDS and associated pathologies. A detailed understanding of these mechanisms may help to define novel targets for diagnosis and possibly therapy. In this review, we will discuss the scientific rationale of "osteohematology" as an emerging research field in MDS and outline clinical implications.
Tumor cell plasticity is an event that has been observed in several malignancies. In fact, most of the solid tumors are characterized by cellular heterogeneity and undergo constant changes as the tumor develops. The increased plasticity displayed by these cells allows them to acquire additional properties, enabling epithelial-mesenchymal transitions, dedifferentiation and the acquisition of stem cell-like properties. Here we discuss the particular importance of an inflammatory microenvironment for the bidirectional control of cellular plasticity and the potential for therapeutic intervention.
Immunotherapy of cancer utilizes dendritic cells (DCs) for antigen presentation and the induction of tumor-specific immune responses. However, the therapeutic induction of anti-tumor immunity is limited by tumor escape mechanisms. In this study, immortalized dendritic D2SC/1 cells were transduced with a mutated version of the p53 tumor suppressor gene, p53M234I, or p53C132F/E168G, which are overexpressed in MethA fibrosarcoma tumor cells. In addition, D2SC/1 cells were fused with MethA tumor cells to generate a vaccine that potentially expresses a large repertoire of tumor-antigens. Cellular vaccines were transplanted onto Balb/c mice and MethA tumor growth and anti-tumor immune responses were examined in vaccinated animals. D2SC/1-p53M234I and D2SC/1-p53C132F/E168G cells induced strong therapeutic and protective MethA tumor immunity upon transplantation in Balb/c mice. However, in a fraction of immunized mice MethA tumor growth resumed after an extended latency period. Analysis of these tumors indicated loss of p53 expression. Mice, pre-treated with fusion hybrids generated from D2SC/1 and MethA tumor cells, suppressed MethA tumor growth and averted adaptive immune escape. Polyclonal B-cell responses directed against various MethA tumor proteins could be detected in the sera of D2SC/1-MethA inoculated mice. Athymic nude mice and Balb/c mice depleted of CD4(+) or CD8(+) T-cells were not protected against MethA tumor cell growth after immunization with D2SC/1-MethA hybrids. Our results highlight a potential drawback of cancer immunotherapy by demonstrating that the induction of a specific anti-tumor response favors the acquisition of tumor phenotypes promoting immune evasion. In contrast, the application of DC/tumor cell fusion hybrids prevents adaptive immune escape by a T-cell dependent mechanism and provides a simple strategy for personalized anti-cancer treatment without the need of selectively priming the host immune system.
Survivin is a well-established target in experimental cancer therapy. The molecule is over-expressed in most human tumors, but hardly detectable in normal tissues. Multiple functions in different subcellular compartments have been assigned. It participates in the control of cell division, apoptosis, the cellular stress response, and also in the regulation of cell migration and metastasis. Survivin expression has been recognized as a biomarker: high expression indicates an unfavorable prognosis and resistance to chemotherapeutic agents and radiation treatment. Survivin is an unconventional drug target and several indirect approaches have been exploited to affect its function and the phenotype of survivin-expressing cells. Interference with the expression of the survivin gene, the utilization of its messenger RNA, the intracellular localization, the interaction with binding partners, the stability of the survivin protein, and the induction of survivin-specific immune responses have been taken into consideration. A direct strategy to inhibit survivin has been based on the identification of a specifically interacting peptide. This peptide can recognize survivin intracellularly and cause the degradation of the ligand–survivin complex. Technology is being developed that might allow the derivation of small molecular-weight, drug-like compounds that are functionally equivalent to the peptide ligand.
HIV neutralizing antibodies (nAbs) represent an important tool in view of prophylactic and therapeutic applications for HIV-1 infection. Patients chronically infected by HIV-1 represent a valuable source for nAbs. HIV controllers, including long-term non-progressors (LTNP) and elite controllers (EC), represent an interesting subgroup in this regard, as here nAbs can develop over time in a rather healthy immune system and in the absence of any therapeutic selection pressure. In this study, we characterized two particular antibodies that were selected as scFv antibody fragments from a phage immune library generated from an LTNP with HIV neutralizing antibodies in his plasma. The phage library was screened on recombinant soluble gp140 envelope (Env) proteins. Sequencing the selected peptide inserts revealed two major classes of antibody sequences. Binding analysis of the corresponding scFv-Fc derivatives to various trimeric and monomeric Env constructs as well as to peptide arrays showed that one class, represented by monoclonal antibody (mAb) A2, specifically recognizes an epitope localized in the pocket binding domain of the C heptad repeat (CHR) in the ectodomain of gp41, but only in the trimeric context. Thus, this antibody represents an interesting tool for trimer identification. MAb A7, representing the second class, binds to structural elements of the third variable loop V3 and neutralizes tier 1 and tier 2 HIV-1 isolates of different subtypes with matching critical amino acids in the linear epitope sequence. In conclusion, HIV controllers are a valuable source for the selection of functionally interesting antibodies that can be selected on soluble gp140 proteins with properties from the native envelope spike.
Bispezifische transmembrane Antikörperfragmente zur Inhibierung von ErbB-Wachstumsfaktor-Rezeptoren
(2014)
Der epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) und das ErbB2 Molekül sind Mitglieder der ErbB-Rezeptortyrosinkinase-Familie. Die Bindung von Peptidliganden an die extrazelluläre Domäne (ECD) von EGFR führt zu einer Konformationsänderung, die den Dimerisierungs-kompetenten Zustand des Rezeptors stabilisiert und eine Homodimerisierung oder Heterodimerisierung mit anderen ErbB-Rezeptoren erlaubt. ErbB2 liegt dagegen ohne Ligandenbindung dauerhaft in einer Dimerisierungskompetenten Konformation vor. Die Rezeptordimerisierung stimuliert die intrazelluläre Kinaseaktivität, was zu einer Autophosphorylierung distinkter Tyrosine im C-terminalen Schwanz der Rezeptoren führt. Diese Phosphotyrosine dienen als Bindungsstellen unterschiedlicher intrazellulärer Substrate und Adaptorproteine, die Zellwachstums-, Migrations- und Überlebens-fördernde Signalkaskaden auslösen. Eine Über- oder Fehlfunktion dieser Rezeptoren wurde in vielen Karzinomen epithelialen Ursprungs sowie in Glioblastomen beschrieben und mit einem aggressiven Krankheitsverlauf in Verbindung gebracht.
Der therapeutische Antikörper Cetuximab inhibiert das Tumorwachstum, indem er an die ECD von EGFR bindet und dabei die Ligandenbindung und Rezeptoraktivierung unterbindet. Dieselben Eigenschaften weist das single chain fragment variable (scFv) 225 auf, das die gleiche Antigenbindungsdomäne besitzt. Ein weiteres scFv-Antikörperfragment, scFv(30), wurde in vorangegangenen Arbeiten der Gruppe aus einer scFv-Bibliothek isoliert und bindet als zytoplasmatisch stabil exprimierbares Molekül an die intrazelluläre Domäne (ICD) des EGFR.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde das bislang unbekannte Epitop des scFv(30) Antikörperfragments mittels Peptid-Spotting Experimenten bestimmt. Die Bindungsstelle des scFv(30) Proteins wurde dabei am C-terminalen Ende der EGFR Sequenz lokalisiert und umfasst die Aminosäuresequenz GIFKGSTAE (AS 1161-1169 des reifen EGFR Proteins).
Die Expression von Antikörperfragmenten als sogenannte Intrabodies in Tumorzellen stellt einen wirkungsvollen Ansatz zur selektiven Interferenz mit wichtigen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen dar. Im zweiten Teil der vorgelegten Arbeit wurde das EGFR-ECD-spezifische Antikörperfragment scFv(225) über eine Transmembrandomäne und eine flexible Gelenkregion mit dem EGFR-ICD-spezifischen scFv(30) Molekül zu einem neuartigen bispezifischen Antikörper verbunden. Die konstitutive Expression dieses 225.TM.30 Intrabodies und der monospezifischen Variante 225.TM nach lentiviraler Transduktion von EGFR-überexprimierenden MDA MB468 und A431 Tumorzellen resultierte in einer substanziellen Reduktion der EGFR-Oberflächenexpression und einer Blockierung der Liganden-induzierten EGFR-Autophosphorylierung, begleitet von einer deutlichen Inhibition des Zellwachstums. Eine weitere Analyse der 225.TM.30-induzierten molekularen Prozesse in diesen Tumorzellen im Vergleich zu den beiden monospezifischen Varianten 225.TM und TM.30 erfolgte mittels eines Tetracyclin-induzierbaren Expressionssystems. Dazu wurden A431, MDA-MB468 und EGFR-negative MDA-MB453 Zellen zunächst mit retroviralen Vektorpartikeln transduziert, die für den optimierten reversen Tetracyclin-kontrollierten Transaktivator (M2) kodieren. Anschließend erfolgte die Tansduktion mit retroviralen transmembranen Antikörperkonstrukten, kontrolliert von einem Tetracyclin-induzierbaren Promoter (T6). Die Doxycyclin (Dox)-induzierte Expression von 225.TM.30 und 225.TM bestätigte die im konstitutiven Expressionssystem beobachteten Ergebnisse. TM.30-exprimierende Zellen zeigten dagegen keinen Unterschied in der Oberflächenexpression oder Aktivierbarkeit von EGFR zu parentalen Zellen, wiesen aber dennoch eine deutliche Inhibition des Wachstums auf. Konfokale Laserscanning Mikroskopie Studien zeigten eine Co-Lokalisation von 225.TM und EGFR hauptsächlich an der Zelloberfläche, während 225.TM.30 und TM.30 im endoplasmatischen Retikulum detektiert wurden und EGFR in diesem Kompartiment festhielten. Die TM.30/EGFR-Komplexe im ER könnten eine ER-Stress-Antwort auslösen und damit das reduzierte Wachstum TM.30-exprimierender Zellen erklären. Tatsächlich wurden in MDA MB468/M2/iTM.30 und A431/M2/iTM.30 Zellen erhöhte Proteindisulfidisomerase (PDI) und teilweise GRP78/BiP Proteinmengen detektiert, die auf eine ER-Stress-Antwort hindeuten. Das bispezifische 225.TM.30 Molekül vereinte die Eigenschaften der monospezifischen Antikörpervarianten. Es hielt wie TM.30 Anteile des EGFR im ER zurück und war wie 225.TM in der Lage, die EGFR-Oberflächenexpression zu reduzieren und die EGFR-Autophosphorylierung zu inhibieren.
Die Expression der drei transmembranen Antikörper in EGFR-negativen MDA-MB453/M2 Zellen hatte dagegen keinen Einfluss auf das Wachstum dieser Zellen, was die EGFR-Spezifität der vorgestellten Moleküle unterstreicht.
Im letzten Teil der vorgelegten Arbeit wurde die scFv(225) Domäne in 225.TM.30 gegen das ErbB2-ECD-spezifische scFv(FRP5) Molekül ausgetauscht, und somit ein ErbB2-ECD- und EGFR-ICD-spezifischer Intrabody generiert (5.TM.30). Nach der Dox-induzierten Expression des 5.TM.30 Moleküls in EGFR- und/oder ErbB2-exprimierenden Tumorzellen wurde die Funktionalität beider Bindungsdomänen verifiziert. Die 5.TM.30 Expression resultierte dabei in ErbB2-positiven Tumorzellen in einer verringerten Oberflächen- und Gesamtexpression von ErbB2 und in EGFR-positiven Zellen in einer Reduktion der EGFR-Gesamtproteinmenge. Dies lässt auf eine erhöhte, 5.TM.30-induzierte Degradation der beiden Rezeptoren schließen. Die Expression des 5.TM.30 Proteins führte zudem zu einer Inhibition des Wachstums EGFR- und/oder ErbB2-positiver Zellen. Weiterhin wurde auch in 5.TM.30-exprimierenden MDA-MB468/M2 Zellen, wie für 225.TM.30 und TM.30 beschrieben, eine Co-Lokalisation des transmembranen Antikörperfragments mit EGFR im ER gezeigt.
Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse weisen erstmals die Funktionalität von membranverankerten mono- und bispezifischen Antikörpermolekülen als Intrabodies nach, und zeigen ihr Potenzial zur gerichteten Interferenz mit der Wachstumsfaktor-abhängigen Signaltransduktion. Durch den Austausch der extra- und intrazellulären Antikörperdomänen könnte diese Strategie ebenso zur Analyse oder Blockade weiterer Signalmoleküle und Signalkomplexe eingesetzt werden.