Epigenetic quantification of tumor-infiltrating T-lymphocytes in epithelial ovarian tumors

Abstract

Immunological tolerance is an important determinant for tumor establishment, aggressiveness and metastasizing potential. Ovarian tumors, known to benefit from an immune-privileged (IP) status, spread via transcoelomic routes, whereas involvement of distant organs is a rare event at primary diagnosis (PD). This is contrary to other tumors, usually belonging to non immune- privileged (NIP) sites that preferably spread haematogeneously to distant organs. Here, we use epigenetic-based immune cell quantification to compare the immune status in different benign and malignant tissues, including from NIP and IP sites, as well as blood from healthy donors and cancer patients. In this study, we introduce the “cellular ratio of immune tolerance” (immunoCRIT) as defined by the ratio of regulatory T cells in the overall T-lymphocytes count. ImmunoCRIT was analyzed on 273 benign tissue samples of colorectal, bronchial, renal and ovarian origin as well as in 589 samples from colorectal, bronchial and mammary malignancies as well as borderline ovarian tumors (BOT), early and late stage epithelial ovarian cancer (ESOC and LSOC) at their respective PD. Strong increases of immunoCRIT values in all cancerous tissues and a gradual, highly significant increase strictly dependent on the aggressiveness in ovarian tumors were observed. Concomitantly, a stable immune privilege in malignant ovarian compared to benign and/or malignant NIP tissues is seen. Based on this, we postulated that non-pathological immunoCRIT values observed in peripheral blood of IP-tumor patients are sufficient to contain haematological spread of this tumor. Conversely, NIP-tumors establish high immunoCRIT in an immunological environment equivalent to the bloodstream and thus spread hematologically. To test this, we analyzed immunoCRIT values in the periphery of 10 ovarian cancer patients beginning at PD through to various recurrences, at which extra-abdominal, hematological metastases frequently occur. We found an incremental, highly significant immunoCRIT increase at disease recurrence compared to PD. In summary, our data suggest a fundamental role of an elevated immunoCRIT as a mediator of tumor aggressiveness and tumor dissemination.

Immunologische Toleranz ist ein wichtiger Faktor für die Entstehung, die Aggressivität und das Metastazierungspotenzial von bösartigen Tumoren. Ovarialkarzinome, die von einem privilegierten Immunstatus (IP) profitieren, metastasieren auf peritonealem Weg, während der hämatogene Befall von distanten Organen bei Erstdiagnose selten ist. Dies steht im Gegensatz zu vielen anderen Tumorerkrankungen, die häufig nicht zu den immunprivilegierten (NIP) Tumorerkrankungen gehören und vorrangig haematogen metastasieren. In der vorliegenden Arbeit wenden wir die epigenetikbasierte Immunzellquantifizierung an, um den Immunstatus in verschiedenen gutartigen und bösartigen Geweben, einschließlich IP und NIP Regionen sowie Blut von gesunden Probandinnen und von Patientinnen mit Ovarialkarzinom, zu vergleichen. Wir verwendeten hierfür die „cellular ratio of immune tolerance“ (immunoCRIT), definiert als die Ratio zwischen der Anzahl regulatorischer T-Zellen und der Gesamtzahl der T-Zellen. Die ImmunoCRIT ist in 273 Proben von gutartigem Gewebe kolorektalen, bronchialen, renalen und ovarialen Ursprungs sowie in 589 Proben von kolorektalen und bronchialen Malignomen, von Malignomen der Mamma, von Borderline-Tumoren des Ovars (BOT), von frühen (ESOC) und fortgeschrittenen (LSOC) epithelialen Ovarialkarzinomen bei Erstdiagnose bestimmt worden. Dabei wurde eine Erhöhung der immunoCRIT in allen Malignomen und eine graduierte, hoch-signifikante Erhöhung abhängig von der Aggressivität der ovariellen Neoplasien beobachtet. Dabei lag bei ovariellen Malignomen, gegenüber benignen oder malignen NIP-Geweben, ein stabiler IP-Status vor. Darauf basierend postulieren wir, dass ein nicht-pathologischer immunoCRIT-Wert im Blut von IP- Tumorpatienten dafür ausreicht, eine hämatogene Metastasierung zu behindern. Im Gegentsatz dazu bilden NIP-Tumoren eine hohe immunoCRIT in einer immunologischen Umgebung äquivalent zum Blut aus und metastasieren daher auf hämatogenem Weg. Um das zu überprüfen analysierten wir immunoCRIT-Werte im Blut von 10 Patientinnen mit Ovarialkarzinom Patientinnen beginnend bei Erstdiagnose bis zu mehreren Rezidiven, bei denen extraabdominelle hämatogene Metastasen häufig auftreten. Wir haben eine schrittweise hochsignifikante Zunahme der immunoCRIT bei Rezidiven im Vergleich zum Zeitpunkt der Erstdiagnose beobachtet. Zusammenfassend lassen die erfassten Daten eine fundamentale Rolle der immunoCRIT als Mediator von Tumoraggressivität und Aussaat vermuten.