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Macrophage migration inhibitory factor contributes to the immune escape of ovarian cancer by down-regulating NKG2D.

Department for Obstetrics and Gynecology, University of Würzburg, Würzburg, Germany.
The Journal of Immunology (Impact Factor: 5.36). 07/2008; 180(11):7338-48. DOI: 10.4049/jimmunol.180.11.7338
Source: PubMed

ABSTRACT The proinflammatory cytokine macrophage migration inhibitory factor (MIF) stimulates tumor cell proliferation, migration, and metastasis; promotes tumor angiogenesis; suppresses p53-mediated apoptosis; and inhibits antitumor immunity by largely unknown mechanisms. We here describe an overexpression of MIF in ovarian cancer that correlates with malignancy and the presence of ascites. Functionally, we find that MIF may contribute to the immune escape of ovarian carcinoma by transcriptionally down-regulating NKG2D in vitro and in vivo which impairs NK cell cytotoxicity toward tumor cells. Together with the additional tumorigenic properties of MIF, this finding provides a rationale for novel small-molecule inhibitors of MIF to be used for the treatment of MIF-secreting cancers.

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Available from: Jörg Wischhusen, Jun 30, 2015
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    ABSTRACT: Background:Macrophage migration inhibitory factor (MIF) has been proposed as a link between inflammation and tumorigenesis. Despite its potentially broad influence in tumour biology and prevalent expression, the value of MIF as a therapeutic target in cancer remains unclear. We sought to validate MIF in tumour models by achieving a complete inhibition of its expression in tumour cells and in the tumour stroma.Methods:We used MIF shRNA-transduced B16-F10 melanoma cells implanted in wild-type and MIF-/- C57Bl6 mice to investigate the effect of loss of MIF on tumour growth. Cytokine detection and immunohistochemistry (IHC) were used to evaluate tumours ex vivo.Results:Macrophage migration inhibitory factor shRNA inhibited expression of MIF protein by B16-F10 melanoma cells in vitro and in vivo. In vitro, the loss of MIF in this cell line resulted in a decreased response to hypoxia as indicated by reduced expression of VEGF. In vivo the growth of B16-F10 tumours was inhibited by an average of 47% in the MIF-/- mice compared with wild-type but was unaffected by loss of MIF expression by the tumour cells. Immunohistochemistry analysis revealed that microvessel density was decreased in tumours implanted in the MIF-/- mice. Profiling of serum cytokines showed a decrease in pro-angiogenic cytokines in MIF-/- mice.Conclusion:We report that the absence of MIF in the host resulted in slower tumour growth, which was associated with reduced vascularity. While the major contribution of MIF appeared to be in the regulation of angiogenesis, tumour cell-derived MIF played a negligible role in this process.
    British Journal of Cancer 09/2012; 107(9):1498-505. DOI:10.1038/bjc.2012.392 · 4.82 Impact Factor
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    ABSTRACT: Der Prozess der Entzündung und die Entstehung von Neoplasien sind durch komplexe Abläufe innerhalb des Organismus gekennzeichnet, die einer angemessenen Kontrolle des Zellzyklus und der Proliferation bedürfen. Dabei spielt eine Reihe von Eiweißstoffen, sowohl im Entzündungsgeschehen als auch in der Entstehung von Malignomen, eine wesentliche Rolle. Das proinflammatorische Zytokin Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) ist eines dieser Proteine, welches einen bedeutenden Beitrag in der Proliferation und Differenzierung von Zellen leistet. MIF stimuliert die Tumorzellproliferation, die Migration und die Metastasierung, fördert die Tumorangiogenese und hemmt die p53-vermittelte Apoptose. Aufgrund einer vermehrten Expression von MIF in diversen malignen Tumoren interessierte das Vorkommen von MIF im Zervixkarzinom. In der vorliegenden Arbeit wurde der Expressionsstatus von MIF im Zervixkarzinom auf mRNA- und Proteinebene mittels Western Blot und Immunhistochemie untersucht. Zum Nachweis der mRNA Expression von MIF im Zervixkarzinom wurde RNA aus drei gesunden Gewebeproben der Zervix, aus vier Plattenepithelkarzinomen und aus einem Adenokarzinom der Zervix isoliert. Dabei zeigte sich eine signifikante Überexpression der MIF mRNA im Zervixkarzinom gegenüber dem gesunden Zervixgewebe. Des Weiteren konnte im Rahmen einer Western Blot Analyse ebenfalls eine Überexpression von MIF Protein in zervikalen Tumorzellen, SiHa und CaSki, nachgewiesen werden. Außerdem zeigte sich auch immunhistochemisch eine MIF Überexpression. Dabei wurden Paraffinschnitte von Zervixkarzinomen (n = 25), Carcinomata in situ und CIN III (n = 23) und Zervixdysplasien (n = 32) immunhistochemisch gefärbt. Da beim Zervixkarzinom besonders die Radiotherapie meist in Kombination mit einer Chemotherapie von zentraler Bedeutung ist, rückte die Frage nach einer möglichen Modulation der Strahlensensitivität durch MIF in das klinische Interesse. Daher wurden Zervixkarzinomzellen mit einer Strahlendosis von 2,5 bis 15 Gy in An- und Abwesenheit eines MIF-Inhibitors bestrahlt und anschließend die Bestrahlungszytotoxizität dieser Zellen mithilfe eines Klonogenitätsassays näher beleuchtet. Mit steigender Strahlendosis nahmen die überlebenden zervikalen Tumorzellen in Abhängigkeit vom MIF-Inhibitor ab. Eine mögliche Bedeutung von MIF bzw. des MIF-Inhibitors, sowohl als Radiosensitizer im Rahmen der Strahlentherapie des Zervixkarzinoms als auch als Screeningparameter, bedarf noch weiterer Studien.
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    ABSTRACT: Das Zytokin macrophage migration inhibitory factor (MIF) ist ein wichtiger Mediator der angeborenen und der adaptiven Immunantwort und spielt eine bedeutende Rolle in der Entstehung einer Vielzahl von inflammatorischen Krankheiten. MIF ist notwendig für eine effektive Immunabwehr von Infektionskrankheiten. Eine erhöhte MIF Produktion steht jedoch auch in direkter Korrelation mit einem negativen Verlauf verschiedenster Krankheiten wie adult respiratory distress syndrome (ARDS), septischem Schock, rheumatischer Arthritis, Arteriosklerose und Krebs. Zusätzlich wurde in den letzten Jahren gezeigt, dass MIF ebenfalls wichtige Funktionen in der Immunabwehr von Parasiten ausübt. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurden MIF-neutralisierende Strategien als potenzieller therapeutischer Weg für mit MIF in Verbindung stehenden Krankheiten vorgeschlagen. Viele dieser anti-MIF Therapien Zielen auf die Inhibierung einer evolutionär konservierten enzymatischen Aktivität von MIF über kleine molekulare Inhibitoren. Diese Doktorarbeit beschreibt 4-Iodo-6-Phenylpyrimidin (4-IPP), einen neuartigen MIF-Inhibitor, der die katalytische Aktivität von MIF ~ 5-10-fach stärker inhibiert als andere prototypische MIF Inhibitoren. Kristallographische Studien zeigen, dass 4-IPP kovalent an das katalytisch aktive N-terminale Prolin von MIF bindet und dadurch als Suizid-Substrat fungiert. In Folge dieser kovalenten Modifikation verliert MIF seine chemoattraktive Funktion auf Monozyten. Weiterhin beschreibt diese Arbeit zwei parasitäre MIF-Orthologe, welche von den obligat intrazellulären Parasiten Leishmania major (LmMIF) und Plasmodium falciparum (PfMIF) produziert werden. Interesse an Struktur und Funktion dieser parasitären MIF-Orthologen entstand aufgrund ihrer potenziellen immunevasiven Eigenschaften und ihrer Wirkung auf Wirts-MIF als Mediator der Immunantwort. Durch die Co-Evolution mit dem Immunsystem haben parasitäre Organsimen hochspezifische Mechanismen entwickelt um die Immunantwort des Wirtes zu umgehen und somit ihre Überlebenschancen zu erhöhen. Um zu untersuchen, ob LmMIF und PfMIF als immunevasive Genprodukte fungieren könnten, wurden die parasitären Proteine rekombinant produziert und aufgereinigt. Im Anschluss konnte gezeigt werden, dass LmMIF und PfMIF den humanen MIF-Rezeptor CD74 binden (Kd ~ 28 nM) und dass LmMIF wie sein mammalisches Pendant von Makrophagen internalisiert wird, die Migration von Monozyten induziert, die Signalkaskade der ERK1/2-MAP-Kinase aktiviert, die p53-abhängige Apoptose von Makrophagen inhibiert und das Golgi-assoziierte Protein p115 bindet. Weiterhin zeigten Kristallstrukturanalysen (1.03 Å), dass das Leishmania MIF Protein starke strukturelle Homologie zu dem humanen MIF Protein aufweist. Detaillierte Analysen der drei-dimensionalen Strukturen der beiden Proteine offenbarten jedoch auch klare strukturelle Unterschiede zwischen den jeweiligen enzymatisch aktiven Zentren der N-terminalen Regionen. Diese Unterschiede spiegeln sich wider in enzymatischen Assays, welche zeigten, dass selektive, Spezies-spezifische Inhibierung durch kleine molekulare Inhibitoren dieser katalytischen Regionen möglich ist. Abschließend wurde die molekulare Grundlage der Interaktion zwischen MIF und dem Chemokin-Rezeptor CXCR4 studiert. Diese Arbeit beschreibt die Bindung der N-terminalen extrazellulären Region des CXCR4 Rezeptors (Aminosäuren 1-27) mit humanem MIF und Leishmania major MIF durch einen kompetitiven Bindungsassay und durch NMR-Studien. Steady-state Fluoreszenz-spektroskopische Studien führten zu der Ermittlung einer Dissoziationskonstante von 3.1 µM. Diese gezeigte Interaktion des N-terminalen CXCR4-Peptids mit MIF führt zur effektiven Inhibierung der LmMIF/MIF-induzierten Migration von Monozyten. In dieser Arbeit wurden durch die kristallographische Charakterisierung des prototypischen MIF-Inhibitors 4-IPP eine neue Grundlage für eine potenzielle Behandlung von MIF-assoziierten Autoimmun- und inflammatorischen Krankheiten geschaffen. Zusätzlich wurden durch die Studien von parasitären MIF-Orthologen neue Wege aufgezeigt wie Parasiten das Immunsystem des Wirtes korrumpieren könnten. Weitere Analysen der molekularen Interaktionsmechanismen von MIF und dessen Bindungspartnern können neue Möglichkeiten zur spezifischen Inhibierung dieser Interaktionen bieten und so zur Entwicklung neuer pharmakologischer Inhibitoren beitragen, die nicht nur vorteilhaft in MIF-assoziierten Krankheiten sind, sondern auch die immunevasiven Strategien von Parasiten neutralisieren. The cytokine macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a key mediator of the innate and adaptive immune system and plays a critical role in many inflammatory diseases. MIF is required to combat serious infections; however, high-level production of MIF has been linked to a severe outcome of many diseases including adult respiratory distress syndrome, septic shock, rheumatoid arthritis, atherosclerosis and cancer. Over the last years, MIF has also been ascribed important functions in the host defense against several parasitic infections. Consequently, anti-MIF therapies have been suggested as a potential therapeutic approach for treating MIF-related diseases. Unique among cytokines, MIF possesses an enzymatic activity that is evolutionarily conserved. Herein, 4-iodo-6-phenylpyrimidine (4-IPP), a MIF inhibitor which is ~ 5-10 times more potent in blocking MIF-dependent catalysis than other prototypical MIF inhibitors is described. Crystallographic studies reveal 4-IPP to serve as a suicide substrate for MIF, resulting in the covalent modification of the catalytically active N-terminal proline and loss of function of MIF-induced monocyte migration. Additionally, two parasitic orthologs of MIF, which are produced by the obligate intracellular parasites, Leishmania major (LmMIF) and Plasmodium falciparum (PfMIF) were studied. An interest in the structure and function of MIF orthologs from parasites has emerged recently as they might have relevant functions in corrupting the host MIF’s induced immune defense mechanisms. By co-evolving with the immune system, parasitic organisms have evolved specialized strategies to circumvent the host’s immune defense mechanisms to increase their own chances of survival. To assess whether LmMIF and PfMIF have the potential to disrupt immunological pathways of the host’s immune system, the parasitic proteins were recombinantly produced and purified. LmMIF and PfMIF show significant binding interaction with the human MIF receptor, CD74 (Kd ~ 28 nM), and like its mammalian counterpart, the recombinant LmMIF protein is internalized by macrophages, induces monocyte cell migration, ERK1/2 MAP kinase activation, inhibits the activation-induced apoptosis of macrophages and binds the Golgi-associated tethering protein p115. The Leishmania MIF protein shows significant structural homology with human MIF as revealed by a high-resolution x-ray crystal structure (1.03 Å). Significant differences between the two proteins in the N-terminal tautomerization site are evident, and evidence for the selective, species-specific inhibition of MIF by small-molecule antagonists that target this site is provided. Finally, this thesis was aimed to further elucidate the molecular basis of MIF’s chemokine-like functions which were recently shown to be mediated through interaction to the chemokine receptors CXCR4 and CXCR2. However, the molecular details of this interaction have not yet been determined. Herein, a peptide derived from the N-terminal extracellular region of the CXCR4 receptor as a site of interaction with human MIF and Leishmania major MIF is described. From a competitive binding assay and 1H15N chemical shift perturbation studies, a direct binding interaction between MIF and the N-terminal 27 residues of CXCR4 is shown. Titration studies using steady-state fluorescence spectroscopy resulted in a dissociation constant of 3.1 µM. Notably, LmMIF/MIF-triggered monocyte chemotaxis activity is ablated by this N-terminal CXCR4 peptide. The present study not only provides a crystallographic characterization of the prototypic MIF inhibitor 4-IPP for a potential treatment of MIF-related autoimmune and inflammatory diseases, but also unfolds possible new pathways of parasitic MIF-orthologs to interfere with the host immune system. The study of the molecular mode of interaction of MIF and its binding partners will provide new opportunities to block these interactions specifically, and thus may aid in the design of new drugs targeting MIF-related diseases and immune evasive strategies of parasites.