Untersuchungen zur Chemosensitivität von testikulären Tumorzellen gegenüber Cisplatin

Metastasierender Krebs ist bei Erwachsenen in der Regel nicht heilbar. Eine Ausnahme stellen testikuläre Keimzelltumoren (TKZT) dar, da über 75 % der Patienten mit fortgeschrittenen metastasierenden TKZT mit einer auf Cisplatin basierenden Kombinations-Chemotherapie geheilt werden können. Zelllinien, die aus TKZT isoliert wurden, behalten diese Cisplatin-Sensitivität in vitro bei. Somit spiegeln Testistumorzelllinien die klinische Situation wider und sind deswegen ein gutes Modellsystem um zu untersuchen, welche Faktoren der Cisplatin-Sensitivität zugrunde liegen. Die Ursachen der Cisplatin-Sensitivität in Testistumoren sind nicht bekannt. Es wurde bereits gezeigt, dass Testistumorzellen eine geringe Kapazität für die Entfernung von Cisplatin-induzierten DNA-Platinierungen aufweisen. Dieser Defekt in der DNA-Reparatur könnte ein Faktor für die beobachtete Cisplatin-Sensitivität sein. Cisplatin induziert sowohl Intrastrang-Vernetzungen als auch Interstrang-Vernetzungen (ICLs). Die Bildung und Reparatur der Cisplatin-induzierten Intrastrang-Vernetzungen wurde mittels DNA-Slot-Blot, die Bildung und Entfernung von Interstrang-Vernetzungen wurde mithilfe des Comet-Assays untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Reparatur von Intrastrang-Vernetzungen in Testis- und Blasentumorzelllinien vergleichbar ist. Somit sind Testistumorzellen in diesem Reparaturweg nicht beeinträchtigt. Im Unterschied dazu zeigte sich, dass Testistumorzellen die ICLs nicht oder nur mit einer reduzierten Kapazität entfernen können.Da die ICL-Reparatur über die Bildung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) mit anschließender DSB-Reparatur verläuft, wurde die Kinetik der DSB-Reparatur anhand der Immundetektion der Histon-Variante γH2AX, die zur Visualisierung von DSB verwendet wird, verfolgt. γH2AX Foci wurden nach Behandlung mit Cisplatin in Testistumorzellen und Blasentumorzellen gebildet. Anders als in Blasentumorzellen blieb der Prozentsatz an γH2AX-positiven Zellen in Testistumorzellen bestehen. Offensichtlich konnten die Testistumorzellen die Cisplatin-induzierten ICLs nicht korrekt prozessieren, was dazu führte, dass γH2AX Foci persistierten. Da unreparierte DNA-Läsionen eine DNA-schadensabhängige Antwort einleiten können, wurde die Aktivierung der Hauptfaktoren dieser Signalwege untersucht. In den Testistumorzellen zeigte sich eine Erhöhung der p53 Proteinmenge nach Cisplatin-Behandlung. Des Weiteren wurde die durch Cisplatin induzierte Aktivierung von ATM/ATR, Chk1/Chk2, Bax und Noxa in Testis- und Blasentumorzellen vergleichend untersucht. Es wurde bereits gezeigt, dass der Reparaturfaktor ERCC1-XPF in Testistumorzelllinien reduziert vorliegt. Um eine mögliche Rolle von ERCC1-XPF für die Reparatur-Defizienz der ICLs und Cisplatin-Sensitivität in Testistumorzellen zu analysieren, wurde ERCC1-XPF in der Testistumorenzelllinie 833K mithilfe eines Expressionsvektors überexprimiert, und der Einfluss von ERCC1-XPF auf ICL-Reparatur sowie Cisplatin-Sensitivität wurde ermittelt. Überexpression von ERCC1-XPF führte zur Reparatur der ICLs in 833K-Zellen und verminderte die Cisplatinsensitivität. Somit scheint die Cisplatinsensitivität der Testistumorzellen, zumindest zum Teil, auf einer verminderten ICL-Reparatur zu beruhen. Des Weiteren wurde in „proof of principle“ Experimenten ERCC1-XPF in der Cisplatin-resistenten Blasentumorzelllinie MGH-U1 mittels siRNA herunterreguliert, und die Auswirkung der Herunterregulation auf die ICL-Reparatur und die Cisplatinsensitivität wurde geprüft. RNA-Interferenz-vermittelte Herunterregulierung von ERCC1-XPF reduzierte die Prozessierung der Cisplatin-induzierten ICLs und verstärkte die Cisplatinsensitivität in MGH-U1 Zellen. Somit wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal gezeigt, dass die Testistumorzellen in Vergleich zu Blasentumorzellen in der Reparatur von ICLs defizient sind, wobei die verminderte ICL-Reparatur auf die geringe Expression von ERCC1-XPF zurückgeführt werden konnte. Diese ICL-Reparatur-Defizienz könnte, zumindest zu einem Teil, für die Sensitivität der Testistumoren gegenüber Cisplatin verantwortlich sein.

DNA-Reparatur und Zelltod nach gentoxischem Stress in Monozyten, dendritischen Zellen und Makrophagen

Monozyten wie auch dendritische Zellen (DCs) und Makrophagen sind ein wichtiger Bestandteil des angeborenenen unspezifischen Immunsystems. Ein Kennzeichen dieser Zellen ist die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zur Abtötung von Pathogenen. Im Fall von chronischen Entzündungen oder Infekten kann es zu einer explosionsartigen Freisetzung freier Radikale kommen ('Oxidative Burst'). Aus vorangegangenen Untersuchungen war bekannt, dass die Expression der beiden Basen Exziosions Reparatur (BER)-Proteine XRCC1 und Ligase III während der Ausreifung humaner Monozyten zu DCs induziert wird (Briegert and Kaina, 2007). Dies lies vermuten, dass Monozyten aufgrund einer defekten BER eine hohe Sensitivität gegenüber ROS aufweisen. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurde die Wirkung von ROS auf humane Monozyten und daraus abgeleiteten DCs und Makrophagen untersucht. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Monozyten eine hohe Sensitivität gegenüber oxidativem Stress aufweisen, was auf eine höhere Einzelstrangbruch-Rate zurückzuführen war. Ursache hierfür ist das Fehlen der BER-Proteine XRCC1, Ligase III und PARP-1. Die fehlende Expression dieser Proteine resultierte letztendlich in Monozyten in einem Defekt der BER und DNA-Einzelstrangbruchreparatur. rnDie Proteine XRCC1, Ligase III und PARP-1 sind auch Bestandteil des Apparats des B-NHEJ ('backup-non homologous end joining'), was auf eine Beeinträchtigung der Monozyten hinsichtlich der Prozessierung von Doppelstrangbrüchen (DSBs) schließen lässt. Zur Untersuchung dieser Vermutung, wurde die Wirkung von Ionisierender Strahlung ('ionizing radiation'; IR) auf Monozyten, DCs und Makrophagen bestimmt. Monozyten zeigten eine signifikant höhere Sensitivität gegenüber IR als DCs und Makrophagen, was auf eine erhöhte DSB-Rate in den Monozyten nach IR zurückzuführen war. Expressionsanalysen und ein DNA-PK-Aktivitäts-Assay zeigten zusätzlich, dass Monozyten keine DNA-PKcs, ein bedeutender Faktor des C-NHEJ, exprimieren. Somit haben Monozyten sowohl einen Defekt im B-NHEJ als auch im C-NHEJ und sind demnach nicht in der Lage, DSBs zu reparieren.rnAuch gegenüber dem Alkylanz und Chemotherapeutikum Temozolomid bewirken die Reparaturdefekte eine hohe Sensitivität der Monozyten. Zur Therapie von Hirntumoren werden neben der Operation, die Bestrahlung und Chemotherapie mit Temozolomid angewendet. Die hohe Sensitivität von Monozyten gegenüber IR und Temozolomid könnte eine Erklärung für die starke Immunsuppression bei einer derartigen Therapie sein.rn

Mechanisms of resistance of tumor cells in response to treatment with the vacuolar H+-ATPase inhibitor archazolid B

Resistance of cancer cells towards chemotherapy is the major cause of therapy failure. Hence, the evaluation of cellular defense mechanisms is essential in the establishment of new chemotherapeutics. In this study, classical intrinsic and acquired as well as new resistance mechanisms relevant in the cellular response to the novel vacuolar H+-ATPase inhibitor archazolid B were investigated. Archazolid B, originally produced by the myxobacterium Archangium gephyra, displayed cytotoxicity in the low nanomolar range on a panel of cancer cell lines. The drug showed enhanced cytotoxic activity against nearly all cancerous cells compared to their non-cancerous pendants. With regards to ABC transporters, archazolid B was identified as a moderate substrate of ABCB1 (P-glycoprotein) and a weak substrate of ABCG2 (BCRP), whereas hypersensitivity was observed in ABCB5-expressing cells. The cytotoxic effect of archazolid B was shown to be independent of the cellular p53 status. However, cells expressing constitutively active EGFR displayed significantly increased resistance. Acquired drug resistance was studied by establishing an archazolid B-resistant MCF-7 cell line. Experiments showed that this secondary resistance was not conferred by aberrant expression or DNA mutations of the gene encoding vacuolar H+-ATPase subunit c, the direct target of archazolid B. Instead, a slight increase of ABCB1 and a significant overexpression of EGFR as well as reduced proliferation may contribute to acquired archazolid B resistance. For identification of new resistance strategies upon archazolid B treatment, omics data from bladder cancer and glioblastoma cells were analyzed, revealing drastic disturbances in cholesterol homeostasis, affecting cholesterol biosynthesis, uptake and transport. As shown by filipin staining, archazolid B led to accumulation of free cholesterol in lysosomes, which triggered sterol responses, mediated by SREBP-2 and LXR, including up-regulation of HMGCR, the key enzyme of cholesterol biosynthesis. Furthermore, inhibition of LDL uptake as well as impaired LDLR surface expression were observed, indicating newly synthesized cholesterol to be the main source of cholesterol in archazolid B-treated cells. This was proven by the fact that under archazolid B treatment, total free cholesterol levels as well as cell survival were significantly reduced by inhibiting HMGCR with fluvastatin. The combination of archazolid B with statins may therefore be an attractive strategy to circumvent cholesterol-mediated cell survival and in turn potentiate the promising anticancer effects of archazolid B.

Induktion tolerogener dendritischer Zellen zur Suppression von experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis und Kontaktallergie

Dendritische Zellen (DC) spielen als professionelle antigenpräsentierende Zellen (APC) eine zentrale Rolle in der Aktivierung und Regulierung antigenspezifischer Immunantworten. Aus diesem Grund wird der therapeutische Einsatz von DC zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien sowie zur Tumorbekämpfung erforscht. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit untersuchten wir das Potenzial einer biolistischen DNA-Vakzinierung zur Induktion tolerogener DC in vivo. Im Tiermodell der Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein Peptid 35-55 (MOGp35-55) induzierten experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) sollte mittels präventiver biolistischer Kovakzinierung von Plasmid-DNA kodierend für MOG und die immunregulatorischen Zytokine TGFβ oder IL-10 eine protektive Immunität induziert werden. Die MOG-Expression stand dabei entweder unter der Kontrolle des ubiquitär aktiven CMV-Promotors oder des murinen Fascin-Promotors, um eine ektopische MOG-Expression spezifisch in dermalen DC und Langerhanszellen zu erreichen. Dass MOGp35-55-präsentierende DC nach biolistischer DNA-Vakzinierung von der Haut in die drainierenden Lymphknoten migrieren und dort T-Zellen aktivieren, konnte im Vorfeld anhand einer substanziellen Proliferation von MOGp35-55-reaktiven 2D2 T-Zellen nachgewiesen werden. Im präventiven Ansatz der MOGp35-55-induzierten EAE zeigten Mäuse, die mit MOG-kodierenden Plasmiden biolistisch transfiziert wurden, eine leicht reduzierte EAE-Symptomatik. Die Kotransfektion von MOG und TGFβ führte zu einer Verstärkung der EAE-Suppression – unabhängig davon, ob die MOG-Expression unter der Kontrolle des CMV- oder des Fascin-Promotors stand. Interessanterweise resultierte die Koapplikation von MOG- und IL-10-kodierender Plasmid-DNA nur bei DC-fokussierter MOG-Expression zu reduzierter EAE-Symptomatik. Für biolistische DNA-Vakzinierungen stellt somit der Fascin-Promotor eine potente Alternative zu viralen Promotoren dar. Entsprechend der milderen EAE-Symptome beobachteten wir bei behandelten EAE-Mäusen einen geringeren Grad an Demyelinisierung sowie eine reduzierte Infiltration des ZNS mit IFNγ-produzierenden CD4+ Th1- und IL-17-produzierenden CD4+ Th17-Zellen. Desweiteren zeigten Milzzellen ex vivo nach MOGp35-55-Restimulation eine inhibierte Proliferation und eine signifikant reduzierte IFNγ- und IL-17-Zytokinproduktion. Überraschenderweise ging die antigenspezifische Immunsuppression nicht mit der Expansion von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen einher. Da die Milzen aber erhöhte Mengen an CD8+IFNγ+ T-Zellen aufweisen, könnte ein zytotoxisch-suppressiver Mechanismus für die Inhibition der Th1- und Th17-Immunantwort verantwortlich sein. Nachfolgende Untersuchungen sind notwendig, um die induzierten immunologischen Mechansimen mittels biolistischer DNA-Vakzinierung aufzuklären. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Generierung von tolerogenen DC in vitro. Dafür wurden murine Knochenmarkszellen unter DC-differenzierenden Bedingungen in Gegenwart des synthetischen Glucocorticoids Dexamethason (DEX) kultiviert. Die DEX-Zugabe führte zur Differenzierung von APC mit geringer CD11c-Expression. DEX-APC waren in vitro weitestgehend gegen LPS stimulierungsresistent und zeigten eine reduzierte Expression von MHC-II und den kostimulatorischen Molekülen CD80, CD86 und CD40. Ihrem tolerogenen Phänotyp entsprechend besaßen DEX-APC ein geringeres syngenes T-Zellstimulierungspotenzial als unbehandelte BM-DC. Anhand der erhöhten Oberflächenexpression von CD11b, GR1 und F4/80 besteht eine phänotypische Ähnlichkeit zu myeloiden Suppressorzellen. Die Fähigkeit von DEX-APC in vivo antigenspezifische Toleranz zu induzieren, wurde durch einen therapeutischen Ansatz im murinen Krankheitsmodell der Kontaktallergie überprüft. Die therapeutische Applikation von DEX-APC führte hierbei im Vergleich zur Applikation von PBS oder unbehandelten BM-DC zu einer signifikant reduzierten Ohrschwellungsreaktion. Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse dieser Arbeit, dass potente tolerogene DC sowohl in vivo als auch in vitro induziert werden können. Dass diese Zellpopulation effektiv antigenspezifische Immunreaktionen supprimieren kann, macht sie zu einem vielversprechenden Werkzeug in der Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien.rn

In vitro detection of cytotoxic T and NK cells in peripheral blood of patients with various drug-induced skin diseases

BACKGROUND: Cytotoxic cells are involved in most forms of drug-induced skin diseases. Till now, no in vitro test addressed this aspect of drug-allergic responses. Our report evaluates whether drug-induced cytotoxic cells can be detected in peripheral blood of nonacute patients with different forms of drug hypersensitivity, and also whether in vitro detection of these cells could be helpful in drug-allergy diagnosis. METHODS: GranzymeB enzyme-linked immunosorbent spot-forming (ELISPOT) and cell surface expression of the degranulation marker CD107a were evaluated on peripheral blood mononuclear cells from 12 drug-allergic patients in remission state and 16 drug-exposed healthy controls. RESULTS: In 10/12 allergic patients culprit but not irrelevant drug elicited granzymeB release after 48-72 h stimulation. It was clearly positive in patients with high proliferative response to the drug, measured in lymphocyte transformation tests. In patients, who showed moderate or low proliferation and low drug-response in granzymeB ELISPOT, overnight preincubation with interleukin (IL)-7/IL-15 enhanced drug-specific granzymeB release and allowed to clearly identify the offending agent. CD107a staining was positive on CD4+/CD3+, CD8+/CD3+ T cells as well as CD56+/CD3- natural killer cells. None of the drug-exposed healthy donors reacted to the tested drugs and allergic patients reacted only to the offending, but not to tolerated drugs. CONCLUSION: GranzymeB ELISPOT is a highly specific in vitro method to detect drug-reacting cytotoxic cells in peripheral blood of drug-allergic patients even several years after disease manifestation. Together with IL-7/IL-15 preincubation, it may be helpful in indentifying the offending drug even in some patients with weak proliferative drug-response.

Processing-dependent and -independent pathways for recognition of iodinated contrast media by specific human T cells

One to three percent of patients exposed to intravenously injected iodinated contrast media (CM) develop delayed hypersensitivity reactions. Positive patch test reactions, immunohistological findings, and CM-specific proliferation of T cells in vitro suggest a pathogenetic role for T cells. We have previously demonstrated that CM-specific T cell clones (TCCs) show a broad range of cross-reactivity to different CM. However, the mechanism of specific CM recognition by T cell receptors (TCRs) has not been analysed so far.

Abnormal cardiovascular responses to carotid sinus massage also occur in vasovagal syncope - implications for diagnosis and treatment

Carotid sinus massage (CSM) is commonly used to identify carotid sinus hypersensitivity (CSH) as a possible cause for syncope, especially in older patients. However, CSM itself could provoke classical vasovagal syncope (VVS) in pre disposed subjects.

Reference values of mechanical and thermal pain tests in a pain-free population

Quantitative sensory tests are widely used in human research to evaluate the effect of analgesics and explore altered pain mechanisms, such as central sensitization. In order to apply these tests in clinical practice, knowledge of reference values is essential. The aim of this study was to determine the reference values of pain thresholds for mechanical and thermal stimuli, as well as withdrawal time for the cold pressor test in 300 pain-free subjects. Pain detection and pain tolerance thresholds to pressure, heat and cold were determined at three body sites: (1) lower back, (2) suprascapular region and (3) second toe (for pressure) or the lateral aspect of the leg (for heat and cold). The influences of gender, age, height, weight, body-mass index (BMI), body side of testing, depression, anxiety, catastrophizing and parameters of Short-Form 36 (SF-36) were analyzed by multiple regressions. Quantile regressions were performed to define the 5th, 10th and 25th percentiles as reference values for pain hypersensitivity and the 75th, 90th and 95th percentiles as reference values for pain hyposensitivity. Gender, age and/or the interaction of age with gender were the only variables that consistently affected the pain measures. Women were more pain sensitive than men. However, the influence of gender decreased with increasing age. In conclusion, normative values of parameters related to pressure, heat and cold pain stimuli were determined. Reference values have to be stratified by body region, gender and age. The determination of these reference values will now allow the clinical application of the tests for detecting abnormal pain reactions in individual patients.

Generalized expansion of nociceptive reflex receptive fields in chronic pain patients

Widespread central hypersensitivity is present in chronic pain and contributes to pain and disability. According to animal studies, expansion of receptive fields of spinal cord neurons is involved in central hypersensitivity. We recently developed a method to quantify nociceptive receptive fields in humans using spinal withdrawal reflexes. Here we hypothesized that patients with chronic pelvic pain display enlarged reflex receptive fields. Secondary endpoints were subjective pain thresholds and nociceptive withdrawal reflex thresholds after single and repeated (temporal summation) electrical stimulation. 20 patients and 25 pain-free subjects were tested. Electrical stimuli were applied to 10 sites on the foot sole for evoking reflexes in the tibialis anterior muscle. The reflex receptive field was defined as the area of the foot (fraction of the foot sole) from which a muscle contraction was evoked. For the secondary endpoints, the stimuli were applied to the cutaneous innervation area of the sural nerve. Medians (25-75 percentiles) of fraction of the foot sole in patients and controls were 0.48 (0.38-0.54) and 0.33 (0.27-0.39), respectively (P=0.008). Pain and reflex thresholds after sural nerve stimulation were significantly lower in patients than in controls (P<0.001 for all measurements). This study provides for the first time evidence for widespread expansion of reflex receptive fields in chronic pain patients. It thereby identifies a mechanism involved in central hypersensitivity in human chronic pain. Reverting the expansion of nociceptive receptive fields and exploring the prognostic meaning of this phenomenon may become future targets of clinical research.

The complex clinical picture of side effects to biologicals

Biologicals are proteins used as drugs. Biologicals target clearly defined molecular structures, being part of established pathogenetic pathways. Therefore, their focused mode of action seems to render them superior to classic small molecular drugs regarding "off-target" adverse drug reactions (ADR). Nevertheless, the increasing use of biologicals for the treatment of different diseases has revealed partially unexpected adverse reactions. The often direct interaction of a biological with the immune system provides a clue to most side effects, which have consequently been subclassified, based on pathogenetic principles, into 5 subtypes named alpha, beta, gamma, delta, and epsilon, reflecting overstimulation (high cytokine values, type alpha), hypersensitivity (type beta), immune deviation (including immunodeficiency, type gamma), cross-reactivity (type delta), and nonimmune mediated side effects (type epsilon). This article presents typical clinical manifestations of these subtypes of ADR to biologicals, proposes general rules for treating them, and provides a scheme for a thorough allergological workup. This approach should help in future handling of these often very efficient drugs.

Stimulation of human T cells with sulfonamides and sulfonamide metabolites

Exposure to sulfonamides is associated with a high incidence of hypersensitivity reactions. Antigen-specific T cells are involved in the pathogenesis; however, the nature of the antigen interacting with specific T-cell receptors is not fully defined.

Approach to the patient with drug allergy

Clinicians commonly encounter patients who report to have drug allergy. In a large part, such allergy corresponds to adverse drug reactions, which are not immune mediated. The incriminated drug need not always be avoided for further therapy. On the other hand, drug allergy may manifest in many unexpected clinical pictures and thus not be recognized. There is no single standardized diagnostic test to confirm the immune-mediated mechanism and to identify the causative drug. Therefore, immune-mediated drug hypersensitivity reactions and their causative drugs have to be considered by the constellation of exposure, timing, and clinical features, including the pattern of organ manifestation. Prior experience with the drug is also an important feature. An allergologic workup with additional investigation may provide some help. Patients should be informed carefully about their drug allergy, whereby symptoms, drug that elicits reaction, modes of diagnosis of drug allergy, and possibly alternatives should be indicated in their allergy passport.

[Pathophysiology of abdominal pain]

Abdominal pain can be induced by stimulation of visceral nociceptors. Activation of nociceptors usually requires previous sensitization by pathological events, such as inflammation, ischemia or acidosis. Although abdominal pain can obviously be caused by pathology of a visceral structure, clinicians frequently observe that such a pathology explains only part of the pain complaints. Occasionally, there is lack of objective signs of visceral lesions. There is clear evidence that pain states are associated with profound changes of the central processing of the sensory input. The main consequences of such alterations for patients are twofold: 1) a central sensitization, i.e. an increased excitability of the central nervous system; 2) an alteration of the endogenous pain modulation, which under normal conditions inhibits the processing of nociceptive signals in the central nervous system. Both phenomena lead to a spread of pain to other body regions and an amplification of the pain perception. The interactions between visceral pathology and alterations of the central pain processes represent an at least partial explanation for the discrepancy between objective signs of peripheral lesions and severity of the symptoms. Today, both central hypersensitivity and alteration in endogenous pain modulation can be measured in clinical practice. This information can be used to provide the patients with an explanatory model for their pain. Furthermore, first data suggest that alterations in central pain processing may represent negative prognostic factors. A better understanding of the individual pathophysiology may allow in the future the development of individual therapeutic strategies.

Algometry with a clothes peg compared to an electronic pressure algometer: a randomized cross-sectional study in pain patients

Hypersensitivity of the central nervous system is widely present in pain patients and recognized as one of the determinants of chronic pain and disability. Electronic pressure algometry is often used to explore aspects of central hypersensitivity. We hypothesized that a simple pain provocation test with a clothes peg provides information on pain sensitivity that compares meaningfully to that obtained by a well-established electronic pressure algometer. "Clinically meaningful" was defined as a medium (r = 0.3-0.5) or high (r > 0.5) correlation coefficient according to Cohen's conventions.