Early intestinal neoplasia induces a local immunosuppressive environment through macrophage-regulatory T cell interactions

Bharadwaj, Sraddha S; Pabst, Oliver; Zenke, Martin

doi:HT031298946

Early intestinal neoplasia induces a local immunosuppressive environment through macrophage-regulatory T cell interactions = Frühe intestinale Neoplasien induzieren ein lokales immunosuppressives Milieu durch Makrophagen-regulatorische T-Zell-Interaktionen

Bharadwaj, Sraddha S^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sraddha S Bharadwaj, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Pabst, Oliver (Thesis advisor)^RWTH* ; Zenke, Martin (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-09-29

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-08803
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1020150/files/1020150.pdf

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Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Darm-Leber-Achse (frei) ; Interaktion zwischen Makrophagen und regulatorischen T-Zellen (frei) ; Makrophagen (frei) ; colorectal cancer (frei) ; early intestinal neoplasia (frei) ; frühe intestinale Neoplasien (frei) ; gut-liver axis (frei) ; kolorektales Karzinom (frei) ; macrophage-regulatory T cell interaction (frei) ; macrophages (frei) ; regulatorische T-Zellen (frei) ; regulatory T cells (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Das kolorektale Karzinom (CRC) entwickelt sich in einem schrittweise und beginnt mit einer frühen epithelialen Transformation und einer Reprogrammierung des Immunsystems. Die immunologischen Prozesse, die diese frühe Phase bestimmen, sind jedoch noch weitgehend unbekannt. Mit Hilfe eines Mausmodells, bei dem kontinuierliche Wnt-Signale eine frühe intestinale Neoplasie auslösen, haben wir untersucht, wie lokalisierte Tumorveränderungen die Immunzellpopulationen im Darm und Leber umgestalten. Insbesondere wollten wir herausfinden, wie regulatorische T-Zellen (Tregs) CD8+ T-Zellen modulieren, und durch welche Immunzellen sie kontrolliert werden. Außerdem untersuchten wir die Veränderungen der Immunzellpopulation in der Leber bei Darmneoplasien. Wir stellten fest, dass Tumor-Tregs die Akkumulation von aktivierten CD8+ T-Zellen kontrollieren, da wir in einem MC38-Tumorzelltransplantationsmodell erhöhte Frequenzen von aktivierten CD8+ T-Zellen beobachteten, wenn keine Tumor-Tregs akkumulierten. Darüber hinaus zeigte die Einzelzell-RNA-Sequenzierung, dass Makrophagen und dendritische Zellen (DCs) stark auf die Neoplasie reagieren, während die Durchflusszytometrie eine parallele Akkumulation dieser Zellen im Darm zeigte. Multiplex-Immunfluoreszenz-Bilder deuten darauf hin, dass Makrophagen und Tumor-Tregs miteinander interagieren, und Knochenmarkschimären zeigten, dass die Antigenpräsentation durch Makrophagen eine Rolle bei der Förderung der Tumor-Treg-Akkumulation spielt. Andererseits wiesen die Tumor-Treg-Häufigkeiten auch im mesenterialen Lymphknoten eine erhöhte Konzentration auf, wobei der Beitrag der DCs zur Tumor-Treg-Akkumulation minimal zu sein schien. Eine Analyse der Transkriptom-Daten von Makrophagen und DCs ergab, dass beide Zelltypen in Neoplasien höhere Konzentrationen von Plet1 exprimieren, einem Protein, das mit der Gewebereparatur in Verbindung gebracht wird. Eine Infiltration von hepatischen Monozyten bei intestinaler Neoplasie weist darauf hin, dass auch in der Leber eine frühe Immunreaktion stattfindet. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Interaktion zwischen Tumor-Tregs und myeloischen Zellen die Entzündungsreaktion während der intestinalen Neoplasie steuert. Das geht mit Veränderungen in der Leber einher, die auf ein mögliches Priming für die zukünftige Aussaat von Tumorzellenhindeuten. Insgesamt werfen die Ergebnisse dieser Arbeit ein Licht auf die immunologischen Veränderungen, die in den frühen Stadien von Darmkrebs auftreten. Sie könnten für die Entwicklung therapeutischer Strategien nützlich sein, die darauf abzielen, das Fortschreiten des Tumors entlang der Darm-Leber-Achse in einem sehr frühen Stadium zu unterbrechen.

Colorectal cancer (CRC) develops through a stepwise process beginning with early epithelial transformation and immune reprogramming. However, the immunological events that define this initial phase remain poorly understood. Using a genetically engineered mouse model in which continuous Wnt signaling drives early intestinalneoplasia, we investigated how localized tumoral changes reshape immune cell populations within the intestine and the liver. Particularly, we wanted to focus on how tumor regulatory T cells (Tregs) modulate CD8+ T cells and which immune cells control tumor Tregs in the intestine. We also investigated alterations in the immune cellpopulation in the liver upon intestinal neoplasia. We observed that tumor Tregs control the accumulation of activated CD8+ T cells, since we observed increased frequencies of activated CD8+ T cells when tumor Tregs did not accumulate in a model of MC38 tumor cell transplantation. Additionally, single-cell RNA sequencing showed that macrophages and dendritic cells (DCs) strongly respond to neoplasia, while flow cytometry demonstrated a parallel accumulation of these cells in the intestine. Multiplex immunofluorescence images suggested that macrophages and tumor Tregs interact with each other, and bone marrow chimeras revealed a role for antigen presentation by macrophages in promoting tumor Treg accumulation. On the other hand, tumor Treg frequencies were also increased in the mesenteric lymph node, however, the contribution of DCs in tumor Treg accumulation appeared to be minimal. Re-analysis of the transcriptomic data from macrophages and DCs revealed that upon neoplasia, both cell types express higher levels of Plet1, which has been previously linked to tissue repair. Anearly immune response was also observed in the liver since we observed infiltration of hepatic monocytes upon intestinal neoplasia. Our results suggest that tumor Treg-myeloid cell interaction controls inflammatory responses during intestinal neoplasia. This was also accompanied by changes in the liver, which indicate potential priming forfuture tumor cell seeding. Collectively, these findings shed light on the immune changes that occur in the earliest stages of colorectal cancer and may be useful in the development of therapeutic strategies aimed at intercepting tumor progression along the gut-liver axis even before it is fully established.

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