Autoimmune Regulator’s (AIRE) Influence on Tumour-Associated Macrophages in Breast Cancer

Abstract

The involvement of the immune system in cancer has been shown to be of greater importance than earlier thought. Tumours’ ability to evade immune surveillance and initiating immune editing, are essential hallmarks in cancer development and progression. Recent findings in the group where I performed my master’s project, suggested presence of the protein Autoimmune Regulator (AIRE) in Tumour-associated macrophages (TAMs) to correlate with a poor prognosis of breast cancer patients. Therefore, we sought out to investigate the functional aspects of extrathymic AIRE in macrophages, by establishing an AIRE+ TAM-like cell model. We differentiated both primary monocytes and cell lines towards the subsets unpolarized (M0), pro-inflammatory (M1) and anti-inflammatory (M2) macrophages, and monocyte-derived dendritic cells (moDCs) using cytokine stimulation. Detecting endogenous AIRE expression was proven difficult. However, the primary monocyte-derived cells did tend to upregulate AIRE mRNA in M2 and moDCs, and AIRE protein as seen by using immunohistochemistry in M2 cells. To establish a stable AIRE-expressing cell, we next transfected cell lines with an AIRE-expressing plasmid, to force ectopic AIRE expression. As a response to the AIRE expression, the monocyte-like cell line THP-1 upregulated expression of cytokines mainly associated with a pro-inflammatory profile (IL-8, IL-6, and potentially TNFα), and further experiments also suggest a potential increase in NFκB activity. Although, these functional assays must be repeated. Finally, endogenous expression of AIRE was surprisingly found in human neutrophils. In conclusion, our results suggest an endogenous expression of AIRE in anti-inflammatory primary monocyte-derived cells (M2), moDCs, and neutrophils, and that forced expression of AIRE in THP-1 cells promotes a pro-inflammatory cytokine profile by AIRE. Further research must be conducted before any conclusions can be drawn.

Popular Abstract (Swedish)

Hur påverkar Autoimmune Regulator (AIRE) tumör-associerade makrofager i bröstcancer

Bröstcancer är den näst vanligaste formen av cancer, med fler än två miljoner nya incidenter årligen, världen över. I dagsläget överlever de allra flesta som drabbas av bröstcancer om tumören upptäcks i tid. Men, överlevnadschansen beror också på vilken typ av bröstcancer man har, ty olika former av bröstcancer svarar olika på behandling. För att bättre förstå hur bröstcancer uppstår och utvecklas så behöver man förstå hur omkringliggande celler och systemiska faktorer påverkas av tumören. Ett växande område är cancerimmunologi, där immunförsvarets involvering i tumörutvecklingen studeras.

Immunförsvaret skyddar oss inte bara mot externa patogener, utan eliminerar även våra egna celler som inte agerar som de ska, dvs potentiella tumörceller. Tumörceller kan manipulera immunförsvaret för att undgå att bli eliminerade, samt för att driva immuncellerna att skapa en fördelaktig tillväxtmiljö för tumören. Vi har fokuserat på makrofagen, en immuncell som både agerar pro-inflammatoriskt, samt anti-inflammatoriskt, beroende på vilka signaler den får från omgivningen. Tumörceller influerar omkringliggande makrofager, (tumör-associerade makrofager; TAMs) till att hålla en anti-inflammatorisk profil, och således hjälpa tumören att utvecklas. TAMs som uttrycker ett specifikt protein vid namn Autoimmune regulator (AIRE) har påvisats korrelera med negativ prognos för bröstcancerpatienter. AIRE är en essentiell regulator för T-cellsutvecklingen i tymus, och är involverad i att sålla bort själv-reagerande T-celler, dvs autoimmuna T-celler. Vi har i detta projekt försökt att återskapa AIRE-uttryckande TAM-liknande celler för att utföra funktionella experiment, och slutligen svara på frågan: vad har AIRE för funktion i TAMs.

Vi började med att försöka identifiera endogent uttryck av AIRE i humana primära monocyt-härstammande makrofager på både mRNA- och protein-nivå. De tenderade till att uttrycka AIRE, men med stor variation då individer skiljer sig markant sinsemellan. För att kunna utföra funktionella tester behöver vi ett stabilt uttryck. Därför testade vi om cellinjer uttrycker AIRE av sig själv eller efter stimuli. Varken en monocyt/makrofag-cellinje, stimulerad med signalmolekyler för att återskapa makrofager, eller bröstcancercellinjer, uttryckte AIRE. Därför transfekterade vi cellinjerna med AIRE-uttryckande plasmider för att inducera uttryck av AIRE. Då fann vi att monocyt/makrofag-cellinjen ökade uttryck av pro-inflammatoriska signalmolekyler som respons, samt att transkriptionsfaktorn NFκB, involverad i bland annat aktivering av immunceller samt uttryck av de signalmolekylerna vi såg, också ökade sin aktivitet som respons mot AIRE-uttryck. Litteratur föreslår att AIRE korrelerar med en anti-inflammatorisk profil i makrofag-liknande celler, vilket våra resultat i monocyt/makrofag-cellinjen motsäger. Slutligen så fann vi att en annan typ av blodcell, neutrofilen, uttrycker AIRE i människa.

Vi kommer fortsätta att utvärdera AIREs funktionella aspekter i både makrofager och neutrofiler, för att slutligen kunna svara på frågan, vad har AIRE för funktion i myeloida celler.

Mastersexamensprojekt i Molekylärbiologi 60 HP 2019/2020
Biologiska institutionen, Lund Universitet

Handledare: Prof. Karin Leandersson, Dr Eva källberg, och Dr Meliha Mehmeti.
Cancer Immunology, Department for Translational Medicine, Clinical Research Center, Lund University, Skåne University Hospital Malmö

• author: Göransson, Marcus
• supervisor: Karin Leandersson
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBN03 20191
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 9002801
• date added to LUP: 2020-01-24 10:54:05
• date last changed: 2020-01-24 10:54:05