Tumor recurrence and metastasis has been attributed to cancer stem cells (CSC), which are more resistant to the effect of established tumor treatments such as chemotherapy or radiation. A novel approach to target CSC directly, is to stimulate a T cell-mediated antitumor immune response. However, the CSC susceptibility to a host’s cytotoxic T lymphocyte (CTL)-mediated immune system is largely unexplored. In this study, we compared the susceptibility to immunologic recognition and killing by allo-antigen specific CD8+ CTL of cell lines from head and neck cancer and cervical cancer with CSC-like cells generated from these lines. We showed that CSC-enriched spheroid culture cell populations exhibit higher expression levels of ALDH1, ICAM1 and of stem/progenitor cell markers (SOX2, Oct3/4, Nanog) on all 3 tumor cell lines investigated but lower MHC class I expression on the cervical cancer cell line CaSki. The MHC class I expression could be upregulated by IFN-γ treatment. Furthermore, these CSC populations were less sensitive to MHC class I-restricted allogeneic CD8+ CTL cytotoxicity compared with their matched monolayer cells. This may be attributable to their lower expression of MHC class I, the most important molecule in cytotoxic T cell recognition and response. IFN-γ pretreatment could enhance the allogeneic-CD8+ CTL cytotoxic lysis. Importantly, in spheroid-derived cells, a stronger enhancement of lysis was observed than in monolayer-derived cells. Finally, the subset of the ALDH1high cell population presented more sensitivity towards CD8+ CTL killing than the ALDH1low cell population. By setting up an in vitro-system to test allo-antigen specific response to CSC, we provide a tool to test substances that can be used to regulate and investigate the immune response. This tool makes it possible to develop and optimize the composition of immune-adjuvants for future CSC-targeted vaccines (independently of the availability CSC- specific antigens). Further investigation of the interaction between cancer stem-like subpopulations and the human immune system may provide a basis for developing CTL-based antitumor vaccines targeting CSC to eliminate this tumor sustaining cell population
Tumorrezidive und Metastasen werden auf Tumorstammzellen (TSZ) zurückgeführt, welche gegenüber der Wirkung etablierter Tumortherapien, wie Chemo- und Strahlentherapie resistenter sind. Eine neue Möglichkeit TSZ direkt zu behandeln, wäre eine Antitumor-T-Zell-Antwort anzuregen. Jedoch ist die Empfindlichkeit von TSZ gegenüber den zytotoxischen T-Zellen (ZTL) des Wirts weitgehend unerforscht. In dieser Arbeit haben wir die Empfindlichkeit von TSZ, generiert aus Kopf-Hals-Tumor- und Zervixkarzinomzelllinien, gegenüber immunologischer Erkennung und Abtötung durch alloantigen-spezifische T-Zellen untersucht. Wir zeigen, dass Zellpopulationen aus TSZ-angereicherten Spheroidkulturen eine erhöhte Expression von ALDH1, ICAM1 und Stamm-/ Progenitormarkern (SOX2, Oct3/4, Nanog) in allen 3 untersuchten Tumorzelllinien zeigen. Lediglich die MHC-Klasse-I-Expression war in der Zervixkarzinomzelllinie CaSki niedriger. Die MHC-Klasse-I-Expression konnte durch IFN-γ Behandlung heraufreguliert werden. Außerdem waren TSZ- Populationen, im Vergleich zu den jeweiligen Monolayerzellen, weniger empfindlich gegenüber MHC-Klasse-I restringierter allogener CD8+ Zytotoxizität. Dies könnte auf ihre niedrigere MHC-Klasse-I-Expression, dem wichtigsten Molekül für eine immunologische Erkennung und Antwort, zurückgeführt werden. IFN-γ Vorbehandlung konnte die allogene CD8+ zytotoxische Lyse verbessern. Bemerkenswert war, dass bei Zellen aus Spheroidkulturen eine größere Verbesserung der Lyse als in Monolayerzellen zu beobachten war. Schließlich zeigte die Untergruppe der ALDH1hoch- exprimierenden Zellpopulation eine größere Sensitivität gegenüber ZTL-Tötung als die ALDH1niedrig-exprimierende Zellpopulation. Durch die Etablierung eines In-vitro-Systems mit dem alloantigen-spezifische Antworten gegen TSZ getestet werden können, stellen wir ein Wergzeug zur Verfügung, um Substanzen zu testen, die verwendet werden können, um Immunantworten zu regulieren und zu untersuchen. Dieses Methode erlaubt die Entwicklung und Optimierung der Zusammensetztung von Immunadjuvantien für zukünftige gezielte Impfungen gegen CSC (unabhängig von der Verfügbarkeit von CSC-spezifischen Antigenen). Weitere Untersuchungen der Interaktionen zwischen TSZ-Subpopulationen und dem humanen Immunsystem könnten eine Basis für die Entwicklung von ZTL-basierten Antitumorimpfstoffen gegen TSZ legen, um diese tumorerhaltende Zellpopulation zu eleminieren.
