Modulated function of dendritic cells in multiple myeloma patients

Abstract

Das Multiple Myelom (MM) ist eine Tumorerkrankung maligner Plasmazellen im Knochenmark. Wichtige klinische Symptome sind - neben weiteren - Osteolysen und damit verbunden erhöhte Calcium-Spiegel im Blut. Weiterhin trägt eine Immunschwäche zur Morbidität und Mortalität der Patient:innen bei. Dendritische Zellen (DCs) sind wichtige Akteure des Immunsystems, da sie in der Lage sind, durch Präsentation von Antigenen und co-stimulatorischen Molekülen effektiv T-Zell-Antworten auszulösen. DCs werden in verschiedene Subtypen mit verschiedenen Funktionen eingeteilt: konventionelle DCs (cDC1s, cDC2s), plasmazytoide DCs (pDCs) und inflammatorische DCs (infDCs). DCs sind vermutlich eng mit der Pathogenese des MM verbunden. Es wird angenommen, dass DCs durch Interaktion mit anderen Zellen der Tumorumgebung zum Fortschreiten der Erkrankung und zur Immunevasion des Tumors beitragen. Weiterhin wird vermutet, dass DCs mit Osteoklastogenese und Immundefizienz in MM-Patient:innen verbunden sind. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der verschiedenen DC-Subtypen im peripheren Blut von MM-Patienten und die genaue Charakterisierung von T-Zell-Dysfunktion; weiterhin wurde der mögliche Einfluss löslicher Faktoren, die in MM-Patienten vorkommen, auf die Differenzierung von DCs untersucht. Die Häufigkeit und der Phänotyp von DCs und T-Zellen im peripheren Blut von MM-Patient:innen wurden durchflusszytometrisch analysiert. Weiterhin wurde die In-vitro- Differenzierung von CD34+-Vorläufern zu DCs untersucht. Dazu wurden CD34+-Vorläufer mittels fluorescent activated cell sorting (FACS) aufgereinigt und in einer 7-tägigen Kultur unter dem Einfluss von löslichen Komponenten, die im Blut von MM-Patient:innen vorkommen, kultiviert. Im Blut von MM-Patient:innen war die Anzahl aller DC-Subtypen gegenüber dem Blut gesunder Spender:innen verringert, wobei sie vermehrt CD40 und programmed death-ligand (PD-L)1 exprimierten, was auf immunsuppressive funktionelle Veränderungen der DCs hindeutet. Ebenso war die Anzahl von T-Zellen im PB von MM-Patient:innen gegenüber gesunden Proband:innen vermindert. Sie zeigten Hinweise auf eine leichte Veränderung zu einem seneszenten Phänotyp, was ebenfalls auf eine gestörte Immunfunktion hindeutet. Die Differenzierung von CD34+-Vorläuferzellen gesunder Spender:innen zu DCs wurde teilweise durch PB-Serum von MM-Patient:innen beeinträchtigt. Da die Interleukin-(IL-)6-Spiegel im PB von MM-Patient:innen und gesunden Proband:innen auf vergleichbarem Niveau waren, ist anzunehmen, dass andere Faktoren als IL-6 für diese Einschränkung verantwortlich sind. Insgesamt zeigten sich Einschränkungen von DC-Differenzierung, -Häufigkeit und -Phänotyp in MM-Patient:innen, was möglicherweise Einfluss auf die Tumor-Immunevasion und generelle Immundefizienz haben könnte.

Multiple myeloma (MM) is a tumor disease of malignant plasma cells in the bone marrow (BM). Among others, major clinical features are osteolysis and related elevation of calcium levels in the peripheral blood (PB). Further on, immuno- deficiency contributes to morbidity and mortality of patients. Dendritic cells (DCs) are key players of the immune system as they are able to effectively initiate T-cell responses through presentation of antigens and co-stimulatory molecules. DCs are grouped into different subsets with distinct phenotype and function as conventional DCs (cDC1s, cDC2s), plasmacytoid DCs (pDCs) and inflammatory DCs (infDCs). In MM, DCs appear to be tightly connected to MM pathogenesis. By interactions with other cells of the tumor microenvironment (TME), they are assumed to contribute to disease progression and tumor immune evasion. Further, they are suspected of being linked to osteoclastogenesis and immuno- deficiency. This thesis aimed to investigate DC-subsets in PB of MM-patients, characterize T-cell dysfunction in detail and examine the possible influence of soluble factors present in MM-patients on DC differentiation. By using multi-color flow cytometry, DCs and T cells in the PB of MM-patients were analyzed in regard of abundance and phenotype. Furthermore, the in vitro differentiation of CD34+-progenitors to DCs was studied. Therefore, CD34+-progenitors were purified by fluorescent activated cell sorting (FACS) and cultured in a 7-day- culture-system in the presence of soluble components present in the PB of MM-patients. All DC-subsets were reduced in PB of MM-patients compared to healthy donors (HDs). Moreover, their phenotype was altered to increased expression of CD40 and programmed death-ligand (PD-L)1, suggesting immunosuppressive functional alterations. T cells were also reduced in the PB of MM-patients compared to HDs, with a slightly more senescent phenotype, also suggesting impaired immune function. The differentiation of CD34+-progenitors of HDs to DCs was partly impaired by PB-serum of MM-patients. As interleukin- (IL-)6-levels were similar in the PB-serum of HDs and MM-patients, it is likely that other factors than IL-6 are responsible for this impairment. All in all, DC differentiation, abundance and phenotype are impaired in MM-patients with possible effects on tumor immune evasion and general immunodeficiency.