Die vorliegende Arbeit umfasst eine Reihe von Studien zur Charakterisierung der vielfältigen Effekte von Prostaglandin E2 (PGE2) auf Funktionen dendritischer Zellen (DCs). DCs, die aus Monozyten differenziert werden können (MoDCs), werden häufig für Vakzinierungsstrategien gegen Krebs verwendet. Um für diesen Zweck DCs mit grossem immunogenen Potential zu generieren, welche in der Lage sind Immunantworten gegen Tumore auszulösen, werden DCs mit inflammatorischen Substanzen stimuliert. Zu diesen Substanzen zählt auch PGE2, welches modulatorischen Einfluss auf Funktionen von Immunzellen ausübt. In dieser Arbeit wurden verschiedenste Effekte von PGE2 auf Funktionen humaner dendritischer Zellen identifiziert und charakterisiert. Diese können für die Optimierung von Vakzinierungsstrategien mit DCs hilfreich sein.
Die Ergebnisse dieser Arbeit charakterisieren PGE2 als Schlüsselfaktor während der Reifung von DCs für die Ausbildung eines migrationsfähigen Phänotyps. Dabei ist die Anwesenheit von PGE2 während der Reifung für die Wanderung über verschiedene Rezeptoren notwendig. Die Notwendigkeit von PGE2 für die Ausbildung eines wanderungsfähigen Phänotyps ist keine spezielle Eigenschaft von MoDCs, sondern scheint generelle Gültigkeit für myeloide dendritische Zellen zu besitzen. PGE2, welches von reifen DCs endogen produziert wird, ist nicht in der Lage Migrationsfähigkeit zu induzieren. Im murinen System konnte gezeigt werden, dass über den PGE2 Rezeptor EP4 ein kritisches Signal für die Wanderung von Langerhans Zellen aus der Peripherie in sekundäre lymphatische Organe vermittelt wird (Kabashima 2003). Daten der vorliegenden Arbeit zeigen diesbezüglich einen klaren Unterschied zum menschlichen System, da PGE2-vermittelte Signale, die die Fähigkeit zur Wanderung auslösen, sowohl über EP2 als auch über EP4 übertragen werden konnten. Da die Verwendung von PGE2 Rezeptoragonisten für die klinische Verwendung vorgeschlagen wurde, ist dieser Befund von therapeutischer Bedeutung.
Um den Mechanismus zu identifizieren, über welchen PGE2 die Fähigkeit von DCs zur Wanderung auslöst, wurde eine Genexpressionsanalyse mit MoDCs, die in der Anwesenheit oder Abwesenheit von PGE2 gereift wurden, durchgeführt. Dabei wurden Sprouty2 und Spred1, deren Expression bis dahin in DCs unbekannt war, als Ziel für PGE2-gesteuerte Genregulation identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Expression von Sprouty2 und Spred1 während der Reifung durch die Anwesenheit von PGE2 stark inhibiert wird; ein Effekt der mit verbesserter Wanderung korrelierbar ist. Mit Hilfe künstlicher Überexpression von Sprouty2 und Spred1 konnte zum ersten Mal eine Beteiligung dieser Proteine an der Regulierung von Chemokinrezeptor-vermittelten Signalen gezeigt werden.
Ebenfalls zu ersten Mal in humanen DCs, konnte RGS9, ein Mitglied der Familie der RGS (regulator of G protein signaling) Proteine, beschrieben werden. Die Expression von RGS9 mRNA wurde durch PGE2 während der Reifung von MoDCs induziert. In vivo Experimente mit RGS9-defizienten Mäusen deuten auf eine Beteiligung von RGS9 in migratorischen Prozessen von DCs hin, da RGS9-/- DCs stark beeinträchtigt waren in angrenzende Lymphknoten zu wandern. Dies ging mit der Induktion einer abgeschwächten antigenspezifischen Immunantwort einher.
Die Anwesenheit von PGE2 während der Reifung von MoDCs induziert die Produktion des Enzyms Indolamin 2,3-dioxygenase (IDO), welches an der Eindämmung von exzessiver T Zellproliferation durch Depletion von Tryptophan beteiligt ist. Obwohl PGE2-gereifte MoDCs IDO produzieren, sind sie in der Lage verstärkte T Zellteilung auszulösen. Ein möglicher Schutzmechanismus von T Zellen, die durch PGE2-gereifte MoDCs stimuliert wurden, konnte ermittelt werden. Solche T Zellen produzieren verstärkt TTS (Trytophanyl-tRNA-Synthetase), welche sie vor Tryptophandepletion schützt.
MoDCs, die in der Gegenwart von PGE2 gereift wurden, zeigen eine verbesserte Fähigkeit zur Stimulation allogener und antigenspezifischer T Zellproliferation. Diese Fähigkeit konnte der durch PGE2-induzierten Expression von OX40L, CD70 und 4-1BBL zugeschrieben werden. Diese drei Moleküle gehören zur TNF-Familie und fördern das Überleben von T Zellen und die Generierung von Memory T Zellen.
Diese Arbeit beschreibt neue Erkenntnisse über die Regulation von DC Funktionen durch PGE2, welches eine Verbingung zwischen angeborener und adaptiver Immunität darstellt. Die Ergebnisse dieser Arbeit können helfen Protokolle zur Krebsvakzinierung mit DCs zu optimieren. Desweiteren, wurde ein neuer regulatorischer Mechanismus für Chemokinrezeptor-vermittelte Signale entdeckt, der ein interessantes Ziel für therapeutische Interventionen in Chemokin-vermittelten Prozessen sein könnte.

This thesis summarizes a series of studies aiming to characterize multiple effects of the prostanoid prostaglandin E2 (PGE2) on dendritic cell function. Monocyte-derived dendritic cells (MoDCs) are most commonly used in dendritic cell (DC)-based vaccination protocols against cancer. In the procedure to generate highly immunogenic DCs that are capable of eliciting effective anti-tumor immune responses DCs are matured by stimulation with inflammatory mediators. Among those, PGE2 has been described as a modulator of immune cell functions. Several effects of PGE2 on DC functions, which have implications for the use of DCs in immunotherapeutic approaches, have been identified in this thesis.
The results obtained in this study establish PGE2 as the key factor to induce a migratory phenotype of mature human DCs. The presence of PGE2 during maturation of DCs is a general prerequisite for chemotactic responsiveness that is not restricted to migration mediated by one specific receptor. The requirement of PGE2-provided signals for a migratory phenotype also applies to blood myeloid DC, and is therefore not a unique feature of MoDCs. Endogenous production of PGE2 by mature MoDCs can not promote migration. In mice, the PGE2 receptor EP4 has been identified to mediate signals critical for Langerhans cell migration from the periphery into draining lymph nodes (Kabashima 2003). Data obtained in this study clearly demonstrate an important difference between mice and humans in this respect, as in human MoDCs PGE2 facilitates enhanced migratory responsiveness through the PGE2 receptors EP2 and EP4, a finding with important implications for proposed approaches for DC therapy improvement involving specific EP receptor targeting.
To determine the mechanism by which PGE2 induces migratory responsiveness in mature MoDCs a global gene expression analysis was performed with MoDCs matured in the absence or presence of PGE2. With this approach, Sprouty2 and Spred1 were identified for the first time to be expressed in human DCs. The PGE2-mediated enhanced migratory phenotype of mature MoDCs could be correlated with PGE2-induced down-regulation of Sprouty2 and Spred1 expression. Over-expression studies revealed a role for Sprouty2 and Spred1 in chemokine receptor-mediated signaling, which has not been described before.
A member of the regulator of G protein signaling (RGS9) protein family, namely RGS9, was found for the first time to play a role in DC functions. RGS9 mRNA was induced by PGE2 in mature MoDCs, and experiments in vivo using RGS9-deficient mice revealed strong defects in DC migration and induction of a specific immune response.
Although PGE2-mature MoDCs produce active indoleamine 2,3-dioxygenase, which contributes to inhibition of T cell proliferation due to depletion of tryptophan, T cell stimulatory capacities of PGE2-mature MoDCs are enhanced. T cells activated by MoDCs matured in the presence of PGE2 express elevated levels of tryptophanyl-tRNA-synthetase (TTS), which could protect T cells from tryptophan deprivation by IDO.
MoDCs matured in the presence of PGE2 possess an enhanced capacity to stimulate allogenic and antigen-specific T cell responses. This ability could by linked to PGE2-induced expression of OX40L, CD70 and 4-1BBL on mature MoDCs, co-stimulatory molecules promoting survival of T cells and generation of memory T cells.
This thesis provides new insides into the regulation of DCs functions by the lipid mediator PGE2 representing a link between innate and adaptive immunity. The new parameters described herein might help to further optimize maturation procedures in DC-based immunotherapies. Additionally, the identification of new regulatory mechanisms of chemokine receptor signaling could present interesting targets for intervention of chemokine receptor-mediated processes.