Reprogramming of tumor-associated macrophages by targeting β-catenin-FOSL2-ARID5A signaling – novel treatment of lung cancer - Sarode, Poonam Ashwin Kumar; Justus Liebig University Giessen (My University, 2020)
Lungenkrebs wird als der verheerenste Krebstyp angesehen, wegen seiner weiten Verbreitung, erniedrigten Lebensqualität, oft erst späten Diagnose und nicht zuletzt wegen der niedrigen Anschlagsquote, hohen Toxizität und Resistenzen gegenüber bisher verfügbaren Therapien. In Lungenkrebspatienten korreliert eine erhöhte Dichte an Tumor-assoziierten Makrophagen (TAMs), besonders M2 TAMs, mit einer erniedrigten Überlebensrate und einer schlechteren Prognose. Der phänotypische Wechsel von Tumor-inhibierenden M1-ähnlichen (like) TAMs zu Tumor-fördernden M2- like TAMs ist eines der entscheidenden Ereignisse in der Umgehung der Immunantwort während des Tumorwachstums. Der zugrundeliegende molekulare Mechanismus ist jedoch noch nicht vollständig charakterisiert. In aus humanem Lungentumorgewebe isolierten TAMs konnten wir mittels high- throughput Transkriptomanalyse den Wnt/β-catenin Signalweg unter den am stärksten hochregulierten Signaltransduktionswegen im Vergleich zum Kontrollgewebe identifizieren. Zusätzlich waren wir in der Lage ein neues in vitro Ko-Kultur Modell zu etablieren, das die räumliche Nähe von TAMs und Tumorzellen im TME nachahmt und Tumor-inhibierende M1-like sowie Tumor-fördernde M2-like TAMs aufweist. Mithilfe dieses Modells konnten wir die grundlegenden Charakteristika von M2-like TAMs feststellen: erhöhte Tumorzellproliferation und -migration, niedrigere Apoptose Rate sowie vor allem ein aktivierter Wnt/β-catenin Signalweg in den in vitro erzeugten M2-like TAMs verglichen zu M1-like TAMs. Genetisches Ausschalten (knock down mittels shRNA oder siRNA) und pharmakologische Inhibition (durch XAV939 Behandlung) von β-catenin in primären TAMs (isoliert aus humanen und murinen Lungentumoren) sowie in in vitro erzeugten M2-like TAMs führte zu einem phänotypischen (Hoch- und Herunterregulation von M1 und M2 Makrophagen Markern) und funktionellen (erhöhte Apoptose, erniedrigte Proliferation und Migration von Tumorzelllinien und primären Tumorzellen) Wechsel der M2-like TAMs zu M1-like TAMs. Dieses Konzept wird zusätzlich unterstützt von einer Serie an in vivo Studien. Drei verschiedene Tumormodelle zeigten signifikant reduziertes Tumorwachstum in Primärtumoren sowie metastasierenden Lungentumoren nach Inhibition des Wnt/β- catenin Signalwegs mittels XAV939. Die Tumorreduktion ging einher mit Reprogrammierung der TAMs zu Tumor-inhibierende M1-like TAMs. Dass hinter diesen beiden Beobachtungen im Zusammenhang stehen ist durch zwei Ergebnisse zu begründen. Erstens zeigten in vitro Studien, dass ein direkter Einfluss von XAV939 auf die Proliferation der Tumorzellen selbst eine mehr als zehnfach höhere Konzentration benötigt, als diese, die für den phänotypischen M2-zu-M1-Wechsel eingesetzt wurde. Zweitens zeigte eine gezielte Depletion von β-catenin in Makrophagen zur Verhinderung der Entwicklung zum M2 Phänotyp (Catnbf/fLysmCre kombiniert mit Knochenmarkstransplantation) eine ähnlich effektive Unterdrückung der Lungenkrebs Entwicklung wie die Gabe des pharmakologischen Inhibitors XAV939. Dennoch ist der Einfluss von β-catenin auf das Transkriptom, das die Reprogrammierung von TAMs beeinflusst, noch nicht vollständig aufgeklärt. Diese Studie zeigt erste Hinweise darauf, dass β-catenin-vermittelte transkriptionelle Aktivierung von FOSL2 (Transkriptionsfaktor in der M2 Polarization) und Repression von ARID5A (Transkriptionsfaktor in der M1 Polarization) eine zentrale Rolle im phänotypischen und funktionellen Wechsel der Tumor-inhibierenden M1-like TAMs zu Tumor-fördernden M2-like TAMs spielt und dadurch Tumorwachstum, Tumorprogression und Metastasierung fördert. Zusätzlich korreliert hohe Expression von β-catenin und FOSL2 sowie niedrige Expression von ARID5A mit einer schlechten Prognose in Lungenkrebs Patienten. Schlussendlich konnte gezeigt werden, dass TAM-spezifische Inhibition von β-catenin und selektive Manipulation von FOSL2 und ARID5A zu einem phänotypischen und funktionellen Wechsel von Tumor-fördernden M2-like TAMs zu Tumor-inhibierenden M1- like TAMs führt. Eine Beschränkung der anti-Wnt/β-catenin Behandlungen auf TAMs könnte eine neuartige Möglichkeit in der Immuntherapie bieten, um die Progression von Lungenkrebs durch Freisetzung des anti-Tumor-Effekts von M1-like TAMs in der Tumormikroumgebung einzudämmen und gleichzeitig die Nebenwirkungen einer globalen Wnt/β-catenin Inhibition zu vermeiden.
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