Effect of Cholecalciferol as Adjunctive Therapy With Insulin on Protective Immunologic Profile and Decline of Residual beta-Cell Function in New-Onset Type 1 Diabetes Mellitus

Objective: To evaluate the effect of vitamin D-3 on cytokine levels, regulatory T cells, and residual beta-cell function decline when cholecalciferol (vitamin D-3 administered therapeutically) is given as adjunctive therapy with insulin in new-onset type 1 diabetes mellitus (T1DM). Design and Setting: An 18-month (March 10, 2006, to October 28, 2010) randomized, double-blind, placebo-controlled trial was conducted at the Diabetes Center of Sao Paulo Federal University, Sao Paulo, Brazil. Participants: Thirty-eight patients with new-onset T1DM with fasting serum C-peptide levels greater than or equal to 0.6 ng/mL were randomly assigned to receive daily oral therapy of cholecalciferol, 2000 IU, or placebo. Main Outcome Measure: Levels of proinflammatory and anti-inflammatory cytokines, chemokines, regulatory T cells, hemoglobin A(1c), and C-peptide; body mass index; and insulin daily dose. Results: Mean (SD) chemokine ligand 2 (monocyte chemoattractant protein 1) levels were significantly higher (184.6 [101.1] vs 121.4 [55.8] pg/mL) at 12 months, as well as the increase in regulatory T-cell percentage (4.55%[1.5%] vs 3.34%[1.8%]) with cholecalciferol vs placebo. The cumulative incidence of progression to undetectable (<= 0.1 ng/mL) fasting C-peptide reached 18.7% in the cholecalciferol group and 62.5% in the placebo group; stimulated C-peptide reached 6.2% in the cholecalciferol group and 37.5% in the placebo group at 18 months. Body mass index, hemoglobin A(1c) level, and insulin requirements were similar between the 2 groups. Conclusions: Cholecalciferol used as adjunctive therapy with insulin is safe and associated with a protective immunologic effect and slow decline of residual beta-cell function in patients with new-onset T1DM. Cholecalciferol may be an interesting adjuvant in T1DM prevention trials.

The neonatal immune system: immunomodulation of infections in early life

The innate and adaptive immune responses in neonates are usually functionally impaired when compared with their adult counterparts. The qualitative and quantitative differences in the neonatal immune response put them at risk for the development of bacterial and viral infections, resulting in increased mortality. Newborns often exhibit decreased production of Th1-polarizing cytokines and are biased toward Th2-type responses. Studies aimed at understanding the plasticity of the immune response in the neonatal and early infant periods or that seek to improve neonatal innate immune function with adjuvants or special formulations are crucial for preventing the infectious disease burden in this susceptible group. Considerable studies focused on identifying potential immunomodulatory therapies have been performed in murine models. This article highlights the strategies used in the emerging field of immunomodulation in bacterial and viral pathogens, focusing on preclinical studies carried out in animal models with particular emphasis on neonatal-specific immune deficits.

Insulin modulates cytokine release and selectin expression in the early phase of allergic airway inflammation in diabetic rats

Abstract Background Clinical and experimental data suggest that the inflammatory response is impaired in diabetics and can be modulated by insulin. The present study was undertaken to investigate the role of insulin on the early phase of allergic airway inflammation. Methods Diabetic male Wistar rats (alloxan, 42 mg/Kg, i.v., 10 days) and controls were sensitized by s.c. injection of ovalbumin (OA) in aluminium hydroxide 14 days before OA (1 mg/0.4 mL) or saline intratracheal challenge. The following analyses were performed 6 hours thereafter: a) quantification of interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor (TNF)-α and cytokine-induced neutrophil chemoattractant (CINC)-1 in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) by Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, b) expression of E- and P- selectins on lung vessels by immunohistochemistry, and c) inflammatory cell infiltration into the airways and lung parenchyma. NPH insulin (4 IU, s.c.) was given i.v. 2 hours before antigen challenge. Results Diabetic rats exhibited significant reduction in the BALF concentrations of IL-1β (30%) and TNF-α (45%), and in the lung expression of P-selectin (30%) compared to non-diabetic animals. This was accompanied by reduced number of neutrophils into the airways and around bronchi and blood vessels. There were no differences in the CINC-1 levels in BALF, and E-selectin expression. Treatment of diabetic rats with NPH insulin, 2 hours before antigen challenge, restored the reduced levels of IL-1β, TNF-α and P-selectin, and neutrophil migration. Conclusion Data presented suggest that insulin modulates the production/release of TNF-α and IL-1β, the expression of P- and E-selectin, and the associated neutrophil migration into the lungs during the early phase of the allergic inflammatory reaction.

Untersuchungen zur induzierbaren Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin und dessen potentieller Bedeutung bei der Tumormetastasierung

In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl die durch TNFalpha-, als auch durch Röntgenstrahlen vermittelte Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin in Endothelzellen durch kleine GTPasen der Rho-Proteinfamilie reguliert ist. Hemmung dieser kleinen G-Proteine z.B. durch HMG-CoA Reduktase-Inhibitoren (Statine) oder clostridiale Toxine führt zu verminderter Expression von E-Selektin in humanen Endothelzellen (HUVEC; EA.hy-926). Aus den in der Arbeit erhaltenen Ergebnissen kann außerdem die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Regulation der zytokininduzierten E-Selektin-Genexpression von der gamma-Strahlen-vermittelten Expression des E-Selektingens differiert. Für die strahleninduzierte endotheliale E-Selektin-Expression scheint beispielsweise der Transkriptionsfaktor AP-1 als ein weiterer Kontrollfaktor neben NF-kappaB zu fungieren. Des Weiteren konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass eine gesteigerte E-Selektin-Proteinexpression mit erhöhter Tumorzelladhäsion und -transmigration an bzw. durch humane Endothelzellen korreliert. Hemmung der TNFalpha- bzw. gamma-Strahlen-induzierten Expression von E-Selektin durch Statine oder Retinsäuren ist ausreichend, sowohl Tumorzelladhäsion als auch Tumorzelldiapedese zu reduzieren. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das Adhäsionsmolekül E-Selektin eine vielversprechende Zielstruktur ist, über deren kontrollierte Beeinflussung es auch in vivo möglich sein sollte, das Risiko der Metastasierung zu reduzieren. Mit Statinen und Retinsäurederivaten wurden somit Pharmaka identifiziert, die durch Hemmung der Rho-regulierten E-Selektin-Expression der Tumorzellmetastasierung vorbeugen könnten. Um diese Hypothese in zukünftigen tierexperimentelle Studien zu bestätigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit mit der Generierung transgener Tiermodelle begonnen.

Die funktionelle Bedeutung von MSP und Lactadherin im Rahmen der Atherosklerose

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss zweier möglicher Biomarker auf die Atherosklerose untersucht.rnMilk fat globule-EGF factor 8 (MFG-E8, Lactadherin) ist ein Glycoprotein, das vornehmlich von Makrophagen, glatten Muskelzellen und Endothelzellen sezerniert wird. MFG-E8-/--Mäuse zeigen vermehrt apoptotische Zellen in der atherosklerotischen Plaque, verstärkte Inflammationszeichen und vergrößerte Läsionen. In situ-Hybridisierung und Immunfluoreszenz zeigen eine starke Lactadherin-Expression in den Schaumzellen atherosklerotischer Plaques von Apo E-/-, Apo E-/-/GPx 1-/-und LDLR-/- Mäusen, vor allem in der Nähe des Lipid Core. Dort kolokalisiert Lactadherin mit dem Makrophagenmarker CD 68 und dem Chemokin Fraktalkin, das die MFG-E8 Sekretion stimuliert und so die Phagocytose forciert. Untersuchungen mittels RTD-PCR ergaben, dass Peritonealmakrophagen der Genotypen Apo E-/-, Apo E-/-/GPx 1-/- und GPx 1-/-, deren Gemeinsamkeit eine höhere Empfindlichkeit gegenüberrnoxidativem Stress ist, mehr Lactadherin exprimieren als andere Genotypen (B6, LDLR-/-). Die Inkubation muriner oder humaner Makrophagen mit oxLDL und eLDL hat keinen Einfluss auf die Expression der MFG-E8 mRNA. Der Kontakt mit apoptotischer Zellen hingegen erhöht die Expression signifikant. Lactadherin ist entscheidend für die effektive Phagozytose apoptotischer Zellen in der atherosklerotischen Läsion. Seine Expression wird vermutlich durch die Apoptose in der Nähe liegender Zellen und das verstärkte Vorkommen von ROS reguliert. Macrophage stimulating protein (MSP) übt Einfluss auf Migration, Proliferation und Phagocytose von Makrophagen aus. Seine Beteiligung an inflammatorischen Vorgängen und der Karzinogenese ist intensiv untersucht worden, nicht jedoch der Einfluss auf die Atherosklerose. Es ist bekannt, dass der SNP rs3197999 mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) assoziiert ist. Zudem geht er vermutlich mit einem erniedrigten Atheroskleroserisiko einher. Der Polymorphismus c2078t hat den Aminosäureaustausch R689C zur Folge. Rekombinant erzeugtes, mutantes und wildtypisches MSP induziert Migration und Proliferation bei THP-1-Makrophagen. MSPmut vermittelt dies jedoch wesentliche effektiver als MSPwt. Apoptose hingegen wird durch keine der Formen induziert. R689C führt zu einem “gain of function” des MSP-Proteins in Bezug auf die Proliferations- und Migrationsfähigkeit von Makrophagen und verändert vermutlich deren Cytokinfreisetzung. Dies führt möglicherweise zu einer erhöhten Phagocytoseeffizienz in der atherosklerotischen Läsion (erniedrigtes Atherosklerose-Risiko), und zu einer aberranten immunologischen Reaktion im Rahmen der CED (erhöhtes CED-Risiko).

Evaluation eines humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung

Aus der zunehmenden Prävalenz allergischer Erkrankungen vor allem in den Industrienationen ergibt sich ein erhöhter Bedarf an Grundlagenforschung im Bereich von Allergie und Asthma sowie der Entwicklung innovativer Therapiestrategien. In der vorliegenden Dissertation wurden die immundefizienten Mausstämme NOD-Scid und NOD-Scid gc als vielversprechender translationaler Schritt zwischen dem reinen Tiermodell und der Erprobung neuer Therapieansätze an Probanden in klinischen Studien beleuchtet. Im experimentellen Verlauf der Arbeit wurde ein humanisiertes Mausmodell der allergischen Atemwegsentzündung zunächst in immundefizienten NOD-Scid und darauffolgend in NOD-Scid gc Mäusen etabliert. Diese Mausstämme zeichnen sich durch das Nichtvorhandensein von B- und T-Zellen aus. Im NOD-Scid gc Stamm resultiert aus einer zusätzlichen Mutation des Gens für die gamma-Kette des IL-2 Rezeptors der Verlust von natürlichen Killerzellen (NK-Zellen), was die Immunität in diesem Stamm weiter herabsetzt und eine Humanisierung erleichtert. Die Humanisierung der Mäuse erfolgte durch die intraperitoneale Injektion von mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), die unter Anwendung der Ficoll-Dichtezentrifugation aus dem Blut von Probanden isoliert wurden. Für die Gewinnung der PBMCs wurden zum einen Asthma-Patienten mit einer hochgradigen Sensibilisierung gegen Birkenpollen herangezogen. Zum anderen wurden in Kontrollexperimenten PBMCs nicht-allergischer Probanden verwendet. Während sich für den NOD-Scid Stamm 80 Millionen PBMCs als angemessene Transferzahl erwiesen, reichten für die Rekonstitution des NOD-Scid gc Stammes 5 Millionen PBMCs aus. Eine Analyse der Tiere erfolgte 24 Tage nach Injektion der humanen Zellen. Der Transfer der PBMCs allergischer Asthmatiker führte besonders nach additiver Applikation des Birkenallergens sowie des humanen rekombinanten Zytokins IL-4 und darauffolgender nasaler allergener Provokation zu einer starken pulmonalen Entzündung in den Mäusen. Die nasale Allergenprovokation an den Tagen 20-22 nach PBMC-Transfer erwies sich für das Aufkommen der Inflammation als unbedingt erforderlich. Die nasale Provokation mit Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS) mündete in einer herabgesetzten Inflammation ohne Ausprägung einer Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), reduzierten Zellzahlen in der bronchoalveolären Lavage (BAL) sowie verminderten Frequenzen humaner Zellen in den Lungen von Versuchstieren, die mit atopischen PBMCs supplementiert mit Birkenallergen und IL-4 rekonstituiert wurden. Die Allergenabhängigkeit des etablierten Modells wurde anhand von Experimenten untermauert, die verdeutlichten, dass ein Transfer von PBMCs nicht-allergischer Probanden trotz Zugabe des Allergens und humanem IL-4 keine Atemwegsinflammation auslöste. Bei den humanen Zellen, die an Tag 24 nach Rekonstitution in den Mäusen detektiert werden konnten, handelte es sich hauptsächlich um T-Zellen. Innerhalb dieser CD3+ T-Zellen konnten CD4+ und CD8+ T-Zellen differenziert werden. Depletionsexperimente, in denen nach Gewinnung der PBMCs aus dem Blut der Probanden verschiedene T-Zellsubpopulationen (CD3+, CD4+, CD8+) eliminiert wurden, führten zu dem Befund, dass die allergische Atemwegsentzündung in dem System von humanen CD4+ T-Zellen abhängig war. Nach der Etablierung des humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung wurde das System zur Analyse des suppressionsfördernden Potentials des HIV-1 - Hüllproteins gp120 genutzt. Die Applikation von gp120 führte zu einer Reduktion der Atemwegsinflammation. Dies äußerte sich in einer Aufhebung der AHR, verminderten Zellzahlen in der BAL sowie dem reduzierten Einstrom humaner T-Zellen in die Lungen der rekonstituierten Tiere. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die anti-inflammatorische Wirkung des gp120 strikt von der Anwesenheit regulatorischer T-Zellen (Tregs) innerhalb der für die Humanisierung genutzten PBMCs abhängig war. Eine Depletion der Tregs vor Transfer in die Mäuse führte zum Verlust der anti-inflammatorischen Effekte des gp120. Diese Ergebnisse sprechen für die Modulation regulatorischer T-Zellen als hoffnungsvolle Maßnahme in der Behandlung allergischer Erkrankungen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse eröffnen innovative Ansätze zur Analyse neuer Therapiestrategien in einem Testsystem, dass die Erforschung humaner Zellinteraktionen sowie die Wirkung potentieller Arzneistoffe auf humane Zellen unter in vivo Bedingungen erlaubt.

Analysen zur Expression proinflammatorischer Mediatoren in humanen Zellkulturmodellen und murinen Tiermodellen chronisch-inflammatorischer Erkrankungen

Die humane induzierbare NO-Synthase (iNOS) spielt bei zahlreichen Erkrankungen wie Asthma, Krebs und der rheumatoiden Arthritis eine entscheidende Rolle. Durch Fehlregulation der iNOS-Expression kommt es häufig zu massiven Gewebeschädigungen. Aus diesem Grund ist es wichtig die Mechanismen der Genregulation der iNOS-Expression zu verstehen. Bei Affinitätschromatographie-Analysen wurde das zytosolische PolyA-bindende Protein (PABP) als direkter Interaktionspartner der 3´UTR der humanen iNOS identifiziert. Weitere Bindungsanalysen konnten eine spezifische Bindestelle für PABP in der 5´UTR und zwei Bindestellen im AU-reichen Bereich der 3´UTR der humanen iNOS nachweisen. Eine siRNA-mediierte Herabregulation von PABP mit Hilfe der stabilen Expression spezifischer siRNAs in DLD-1 Zellen (siPABP Zellen) zeigte eine signifikant verringerte Expression der humanen iNOS und damit einhergehend eine verringerte NO-Produktion nach Zytokinstimulation. Promotoranalysen zeigten keine Veränderung der Induzierbarkeit des humanen 16 kb iNOS-Promotors in siPABP Zellen. RNA-Stabilitätsanalysen zeigten einen verstärkten Abbau der iNOS-mRNA in diesen Zellen, so dass davon auszugehen ist, dass die Regulation der humanen iNOS über die mRNA-Stabilität erfolgt. Reportergen-Analysen mit Plasmiden, welche die 5’ und/oder 3’UTR Sequenzen der humanen iNOS mit den identifizierten PABP-Bindestellen oder Mutationen in diesen Bindestellen enthielten, zeigten, dass PABP die iNOS-mRNA über die 5´UTR stabilisiert und anscheinend über die 3´UTR einen destabilisierenden Effekt auf die mRNA ausübt. Ebenfalls scheint PABP über die 3’UTR dieTranslation der iNOS mRNA zu hemmen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass PABP, über seine allgemeinen Funktionen hinaus, eine spezifische Rolle in der Regulation der Expression der humanen iNOS einnimmt.rnDie rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronisch entzündliche Autoimmunerkrankung, welche überwiegend die peripheren Gelenke der Hände und Füße betrifft. Die aktuellen Therapiemöglichkeiten sind immer noch mit einer Vielzahl von Nebenwirkungen behaftet und führen nicht zur vollständigen Remission der Erkrankung, so dass die Entwicklung neuer Medikamente unerlässlich ist. In dieser Arbeit wurden die antiinflammatorischen Substanzen Gallielalacton (Gal) und Oxacyclododecindion (Oxa) im Mausmodell der kollagen-induzierten Arthritis (CIA) getestet. Leider waren beide Substanzen nicht in der Lage die Symptome der CIA zu vermindern, obwohl beide im Modell der LPS-induzierten akuten Entzündung die Expression proinflammatorischer Mediatoren senken konnten. Die Substanz S-Curvularin (SC) hat sich im CIA-Modell bereits bewährt und wurde in dieser Arbeit weiter untersucht. SC war in der Lage die Expression knorpel- und knochendestruktiver Markergene signifikant zu verrindern. rnIn der vorliegenden Arbeit wurden neue microRNAs identifiziert, die in der Pathogenese der CIA eine Dysregulation zeigen. Die Expression dieser microRNAs wurde von SC wieder auf das Normalniveau gebracht, so dass SC eine vielversprechende Substanz in der Therapie chronisch inflammatorische Erkrangungen sein könnte. Die neu identifizierten CIA-relevanten microRNAs könnten als neueRA-Marker oder als Zielstrukturen für neue Medikamente dienen.rn

Untersuchungen der Aktivierungs- und Effektorwege von T-Helferzellen in der Pathogenese vaskulärer inflammatorischer Prozesse

T-Zellen sind an der Induktion und Erhaltung chronischer Entzündungen maßgeblich beteiligt. Im Bereich kardiovaskulärer Erkrankungen konnte eine Beteiligung von T-Zellen an der Entstehung von Ateriosklerose, Bluthochdruck und arterieller Thrombose aufgezeigt werden. Allerdings sind sowohl die Mechanismen ihrer Aktivierung, als auch die für die Entstehung und Persistenz vaskulärer Entzündung relevanten Effektorfunktionen weitgehend unbekannt. rnIn der vorliegenden Arbeit konnte erstmals in zwei Mausmodellen gezeigt werden, dass sowohl die dem Bluthochdruck zugrundeliegende Entzündung der Arterienwände als auch die durch venöse Thrombose ausgelöste Entzündung der Venenwand zu einer selektiven Einwanderung von CD4+ und CD8+ T-Zellen mit einem Effektor-Gedächtniszell-Phänotyp führt. Mit Hilfe von Nur77-GFP-transgenen Mäusen konnte gezeigt werden, dass die in die entzündeten Gefäßwände eingewanderten T-Zellen lokal T-Zell-Rezeptor-unabhängig aktiviert werden.rnBluthochdruck und venöse Thrombose sind durch eine verstärkte Expression eines ähnlichen Musters an Zytokinen und Chemokinen in den Gefäßwänden begleitet, das in rekombinanter Form in einem Teil der Effektor-T-Gedächtniszellen die Bildung von IFN-γ auslöst. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse weisen erstmals eine Beteiligung von T-Zellen an der Entzündung der Venenwand im Rahmen einer venösen Thrombose nach. Des Weiteren konnten erstmals Hinweise darauf gefunden werden, dass T-Zellen Gefäßentzündungen durch eine Zytokin-induzierte IFN-γ-Bildung erhalten und verstärken.rn

Foxo-mediated Bim transcription is dispensable for the apoptosis of hematopoietic cells that is mediated by this BH3-only protein

The BH3-only protein Bim is a critical initiator of apoptosis in hematopoietic cells. Bim is upregulated in response to growth factor withdrawal and in vitro studies have implicated the transcription factor Foxo3a as a critical inducer. To test the importance of this regulation in vivo, we generated mice with mutated Foxo-binding sites within the Bim promoters (Bim(ΔFoxo/ΔFoxo)). Contrary to Bim-deficient mice, Bim(ΔFoxo/ΔFoxo) mice had a normal hematopoietic system. Moreover, cytokine-dependent haematopoietic cells from Bim(ΔFoxo/ΔFoxo) and wt mice died at similar rates. These results indicate that regulation of Bim by Foxo transcription factors is not critical for the killing of hematopoietic cells.

IL-21 restricts virus-driven Treg cell expansion in chronic LCMV infection

Foxp3+ regulatory T (Treg) cells are essential for the maintenance of immune homeostasis and tolerance. During viral infections, Treg cells can limit the immunopathology resulting from excessive inflammation, yet potentially inhibit effective antiviral T cell responses and promote virus persistence. We report here that the fast-replicating LCMV strain Docile triggers a massive expansion of the Treg population that directly correlates with the size of the virus inoculum and its tendency to establish a chronic, persistent infection. This Treg cell proliferation was greatly enhanced in IL-21R-/- mice and depletion of Treg cells partially rescued defective CD8+ T cell cytokine responses and improved viral clearance in some but not all organs. Notably, IL-21 inhibited Treg cell expansion in a cell intrinsic manner. Moreover, experimental augmentation of Treg cells driven by injection of IL-2/anti-IL-2 immune complexes drastically impaired the functionality of the antiviral T cell response and impeded virus clearance. As a consequence, mice became highly susceptible to chronic infection following exposure to low virus doses. These findings reveal virus-driven Treg cell proliferation as potential evasion strategy that facilitates T cell exhaustion and virus persistence. Furthermore, they suggest that besides its primary function as a direct survival signal for antiviral CD8+ T cells during chronic infections, IL-21 may also indirectly promote CD8+ T cell poly-functionality by restricting the suppressive activity of infection-induced Treg cells.

Mechanism of surgical stress impairment of murine natural killer cell cytotoxicity

Natural killer cells may provide an important first line of defense against metastatic implantation of solid tumors. This antitumor function occurs during the intravascular and visceral lodgment phase of cancer dissemination, as demonstrated in small animal metastasis models. The role of the NK cell in controlling human tumor dissemination is more difficult to confirm, at least partially because of ethical restraints on experimental design. Nonetheless, a large number of solid tumor patient studies have demonstrated NK cell cytolysis of both autologous and allogeneic tumors.^ Of the major cancer therapeutic modalities, successful surgery in conjunction with other treatments offers the best possibility of cure. However, small animal experiments have demonstrated that surgical stress can lead to increased rates of primary tumor take, and increased incidence, size, and rapidity of metastasis development. Because the physiologic impact of surgical stress can also markedly impair perioperative antitumor immune function in humans, we examined the effect of surgical stress on perioperative NK cell cytolytic function in a murine preclinical model. Our studies demonstrated that hindlimb amputation led to a marked impairment of postoperative NK cell cytotoxicity. The mechanism underlying this process is complex and involves the postsurgical generation of splenic erythroblasts that successfully compete with NK cells for tumor target binding sites; NK cell-directed suppressor cell populations; and a direct impairment of NK cell recycling capacity. The observed postoperative NK cell suppression could be prevented by in vivo administration of pyrimidinone biologic response modifiers or by short term in vitro exposure of effector cells to recombinant Interleukin-2. It is hoped that insights gained from this research may help in the future development of NK cell specific perioperative immunotherapy relevant to the solid tumor patients undergoing cancer resection. ^

Host factors in metastasis: Direct lysis of bloodborne metastatic tumor cells by murine vascular endothelial cells

During the process of cancer metastasis, the majority of circulating tumor cells arrest in microcapillary beds and then rapidly die. To study whether vascular endothelial cells can directly lyse tumor cells, we isolated vascular endothelial cells by perfusion of lungs from immunocompetent or nude mice. The cells were grown in culture, and then cloned and characterized. Cloned endothelial cells were incubated with several lymphokines and cytokines. Cells incubated with IFN-$\gamma$ and TNF lysed a variety of tumor cells with different metastatic potential. Mouse skin and lung fibroblasts treated with the same cytokines did not. Endothelial cell mediated tumor cell lysis was not due to different binding ability of tumor cells to cytokine treated and untreated endothelial monolayers. Kinetic studies demonstrated that the continuous presence of cytokines in the tumor-endothelial cocultures was necessary to produce maximal lysis of tumor cells. Target cell lysis was not due to the direct effects of IFN-$\gamma$ or TNF, since vascular endothelial cells isolated from the lung of nude mice lysed human melanoma cells that are sensitive or resistant to TNF. Cytokine treated endothelial cells produced a high level of nitric oxide, which is known to be cytotoxic to a variety of target cells. The level of nitric oxide production was directly correlated with the degree of tumor cell lysis. A specific inhibitor of nitric oxide synthesis(N$\sp{\rm G}$-monomethyl-L-arginine), completely inhibited production of nitric oxide and tumor cell lysis. Treatment of cytokine activated endothelial cells with dexamethasone also inhibited tumor cell lysis. This inhibition was independent of tumor-endothelial adhesion but correlated with inhibition of nitric oxide production. Collectively, these results suggest that vascular endothelial cells can directly destory tumor emboli and thus play an active role in the pathogenesis of cancer metastasis. ^

Mechanisms of UV induced systemic immunosuppression: An essential role for interleukin-10

The recognition of the skin as an immunocompetent organ has focused attention on the complex interaction between ultraviolet radiation and the immune system. How UV-radiation, which hardly penetrates past the epidermis, induces systemic immune suppression is not entirely clear. We propose that suppressive cytokines, released by UV-irradiated keratinocytes, play a role in the induction of immune suppression. Injecting supernatants from UV-exposed murine keratinocytes into mice impairs their ability to mount a delayed-type hypersensitivity response against allogeneic histocompatibility antigens. We tested the hypothesis that the down regulation of the immune response by UV is precipitated by the release of IL-10 after keratinocytes are UV-irradiated. After UV exposure IL-10 mRNA was upregulated. Western analysis indicated immunoreactive IL-10 was secreted by UV-exposed keratinocytes. The addition of supernatants from UV-irradiated keratinocytes to Th1 clones diminished their IFN production, whereas the addition of supernatants from normal keratinocytes had no suppressive effect on IFN production. Furthermore, treating supernatants from UV-irradiated keratinocytes with anti-IL-10 antibodies blocked the induction of immune suppression. To determine if IL-10 was responsible for the immunosuppression seen after total-body UV irradiation, UV-exposed mice were treated with anti-IL-10 antibodies. Treating UV-irradiated mice with anti-IL-10 reversed the induction of immune suppression. These findings suggest that keratinocyte-derived IL-10 was mediating UV-induced suppression in vivo. We also tested the hypothesis that UV-induced suppressor cells are Th2 cells. Mice were injected with spleen cells from either normal or UV-exposed donor mice immunized with alloantigen. At the time of spleen cell infusion, the recipient mice were then resensitized. Spleen cells from UV-exposed mice suppressed DTH. Mice treated identically and injected with anti-IL-10 antibodies were able to generate a DTH response. Taken together these data suggest that the suppressor cells that are induced by UV radiation are Th2 cells which mediate their suppressive effect by release of IL-10. ^

Transcription factor SEF: Purification and functional characterization

Cytokine-induced transcription of the serum amyloid A3 (SAA3) gene promoter requires a transcriptional enhancer that contains three functional elements: two C/EBP-binding sites and a third site that interacts with a constitutively expressed transcription factor, SAA3 enhancer factor (SEF). Deletion or site-specific mutations in the SEF-binding site drastically reduced SAA3 promoter activity, strongly suggesting that SEF is important in SAA3 promoter function. To further elucidate its role in the regulation of the SAA3 gene, we purified SEF from HeLa cell nuclear extracts to near homogeneity by using conventional liquid chromatography and DNA-affinity chromatography. Ultraviolet cross-linking and Southwestern experiments indicated that SEF consisted of a single polypeptide with an apparent molecular mass of 65 kDa. Protein sequencing, oligonucleotide competition and antibody supershift experiments identified SEF as transcription factor LBP-1c/CP2/LSF. Cotransfection of SEF expression plasmid with SAA3-luciferase reporter resulted in 3- to 5-fold activation of SAA3 promoter. Interestingly, when SEF-transfected cells were treated with either conditioned medium (CM) or interleukin (IL) 1, the SAA3 promoter was synergistically activated in a dose-dependent manner. Furthermore, when SEF-binding site was mutated, the response of SAA3 promoter to IL-1 or CM stimulation was abolished or drastically decreased, suggesting that SEF may functionally cooperate with an IL-1-inducible transcription factor. Indeed, our functional studies showed that NFκB is a key transcription factor that mediates the IL-1-induced expression of SAA3 gene, and that SEF can synergize with NFκBp65 to activate SAA3 promoter. By coimmunoprecipitation experiments, we found that SEF could specifically interact with NFκBp65, and that the association of these two factors was enhanced upon IL-1 and CM stimulation. This suggests that the molecular basis for the functional synergy between SEF and NFκB may be due to the ability of SEF to physically interact with NPκB. In addition to its interaction with SEF, NFκB-dependent activation also requires the weak κB site in the C element and its interaction with C/EBP. Besides its role in regulating SAA3 gene expression, we provide evidence that SEF could also bind in a sequence-specific manner to the promoters of α2-macroglobulin, Aα fibrinogen, and 6–16 genes and to an intronic enhancer of the human Wilm's tumor 1 gene, suggesting a functional role in the regulation of these genes. By coimmunoprecipitation experiments, we determined that SEF could specifically associate with both Stat3 and Stat2 upon cytokine stimulation. To examine the functional roles of such interactions, we evaluated the effects of SEF on the transcriptional regulation of two reporter genes: Aα fibrinogen and 6–16, which are IL-6- and interferon-α-responsive, respectively. Our results showed that cotransfection of SEF expression plasmid can activate the expression of Aα fibrinogen gene and 6–16 gene. Moreover, SEF can dramatically enhance the interferon-α-induced expression of 6–16 gene and IL-6-induced expression of Aα fibrinogen gene, suggesting that SEF may functionally cooperate with ISGF3 and Stat3 to mediate interferon-α and IL-6 signaling. ^ Our findings that SEF can interact with multiple cytokine-inducible transcription factors to mediate the expression of target genes open a new avenue of investigation of cooperative transcriptional regulation of gene expression, and should further our understanding of differential gene expression in response to a specific stimulus. In summary, our data provide evidence that SEF can mediate the signaling of different cytokines by interacting with various cytokine-inducible transcription factors. ^

EXPRESSION OF TUMOR ASSOCIATED ANTIGENS ON HUMAN COLON CARCINOMA CELLS (HUMAN COLON CANCER, MONOCLONAL ANTIBODY)

Human colon cancer cells, LS180 and 174T, exhibit monoclonal antibody (mAb) 1083-17-1A and 5E113 defined tumor associated antigens. By radioimmunoassay, LS180 cells expressed the highest amount of mAb1083 defined antigens among the cell lines tested. Another mAb, 5E113, competed with mAb1083 for binding to LS180 cells, suggesting that both mAbs might bind onto identical (or adjacent) epitopes. By Scatchard analysis, about one million copies of the epitopes were present on LS180 colon cancer cells. The affinity of mAb1083 binding to the cells was 2.97 x 10('10) M('-1); the Sipsian heteroclonality value of mAb1083 was 0.9, thus approximating a single clone of reactive antibody. The qualitative studies showed that the epitopes were probably not carbohydrate because of their sensitivity to proteinases and not to mixed glucosidases and neuraminidase. The tunicamycin homologue B(,2) inhibited the incoporation of ('3)H-labeled galactose but not uptake of ('35)S-labeled methionine, nor expression of monoclonal antibody defined antigens providing further evidence to exclude the possibility of carbohydrate epitopes. There was evidence that the epitope might be partially masked in its "native" conformation, since short exposure or low dose treatment with proteases increased mAbs binding. The best detergent for antigen extraction, as detected by dot blotting and competitive inhibition assays, was octylglucoside at 30 mM concentration. Three methods, immunoprecipitation, Western blotting and photoaffinity labeling, were used to determine the molecular nature of the antigens. These results demonstrated that the antibody bound both 43 K daltons (KD) and 22 KD proteins.^ An in vitro cell-mediated immune approach was also used to attempt identifying function for the antigens. The strategy was to use mAbs to block cytotoxic effector cell killing. However, instead of blocking, the mAb1083 and 5E113 showed strong antibody-dependent cell-mediated cytotoxicities (ADCCs) in the in vitro xenoimmune assay system. In addition, cytotoxic T lymphocytes (CTLs), natural killer cells, and K cell activity were found. Since even the F(ab')2 fragment of mAbs did not inhibit the cytolytic effect, the mAbs defined antigens may not be major target molecules for CTLs. In summary, two molecular species of tumor antigen(s) were identified by mAbs to be present on colon tumor cell lines, LS180 and LS174T. (Abstract shortened with permission of author.) ^