The toll-like receptor 9 — from immune cells to cancer. Is TLR9 in tumours a cause or a consequence?

Abstract

Toll-like receptor 9 (TLR9) is an endosomal innate immunity receptor that plays a vital role in the first line of defense, primarily in immune cells, but in varying degrees, also in other non-immune tissues. Once TLR9 encounters its ligand, a single-stranded DNA, it activates the MyD88-dependent canonical NF-κB pathway, resulting in proinflammatory cytokine production. Besides its imperative role in defense against pathogens and resolving a tissue injury, the aberrant expression of TLR9 in multiple cancers has raised wide interest in investigating its role also in carcinogenesis.

This thesis presents new puzzle pieces for the ever-growing picture of TLR9 and its relevance to head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) and breast cancer (BC). The studies showed that (1) nitrogen-containing bisphosphonates (n-BPs) inhibit cell growth and viability in BC cells with suppressed TLR9-expression, (2) neither hypoxia nor TLR9 in non-immune malignant cells (i.e. tumour-originating TLR9) are essential for the HNSCC cell lines-induced alterations in uncommitted macrophage (MΦ) activity (polarisation) and functionality (cytokines), and that (3) TLR9-ligands (short cytidine-guanosine-rich oligonucleotides, CpG-ODNs) have an impact on cell migration and cell signalling on FaDu and FaDuTLR9def cells.

Although no common denominator explaining the actions of the innate immunity receptor TLR9 in BC and HNSCC was discovered, these studies demonstrate that the functions of TLR9 in cancer are often capricious and convoluted. While TLR9 is associated with the viability of BC cells upon n-BP exposure, its endogenous expression in HNSCC appears insignificant to the production of immunomodulatory molecules relevant to MΦ maturation. However, the unpublished results demonstrate that stimulation of HNSCC cells with TLR9-ligands modulates their cell physiology as well as signalling. Since the outcome of TLR9-mediated alterations can be proor anti-tumorigenic depending on the context, its utility as a biomarker needs more research. These findings warrant clinician awareness when assessing and interpreting outcomes after novel cancer treatments, such as TLR9-binding oligonucleotides as cancer vaccine adjuvants.

<b>Tollinkaltainen reseptori 9 — immuunisoluista syöpään. Onko kasvainten TLR9 syy vai seuraus?</b>

Tollinkaltainen reseptori 9 (TLR9) on luontaisen immuniteetin reseptori, jolla on tärkeä rooli ensisijaisesti sekä immuunisoluissa että myös muissa kudoksissa. Tunnistaessaan yksijuosteista DNA:ta, TLR9 aktivoi MyD88-riippuvaisen kanonisen NF-κB-signalointireitin sekä proinflammatoristen sytokiinien tuotannon. Vaikka TLR9 ilmentyminen on välttämätöntä mm. kudosvaurion korjaamisessa sekä immuunipuolustuksessa patogeenejä vastaan, sen ilmeneminen eri syövissä on herättänyt laajaa kiinnostusta tutkia sen roolia myös tämän sairauden yhteydessä.

Väitöskirjani valottaa TLR9:n merkitystä pään- ja kaulanalueen syövissä (HNSCC) sekä rintasyövässä (BC). Tulokset osoittivat, että (1) BC- solut, joiden TLR9:n ilmeneminen on geneettisesti hiljennetty ovat herkempiä bisfosfonaattien kasvua estäville vaikutuksille kuin villityypin rintasyöpäsolut, (2) HNSCC- solulinjat vaikuttavat sekä makrofagien polarisaatioon että toiminnallisuuteen riippumatta hypoksiasta ja syöpäsolujen TLR9-statuksesta, ja että (3) TLR9-ligandit (lyhyet sytidiini-guanosiinirikkaat oligonukleotidit, CpG-ODN:t) vaikuttavat pään ja kaulanalueen FaDu- ja FaDuTLR9def-solujen funktionaalisuuteen (soluliike) sekä solusignalointiin.

Huolimatta siitä, ettei yhteistä nimittäjää, joka selittäisi TLR9:n aikaansaamat efektit tutkituissa syövissä, löydetty, tulokset osoittavat, että TLR9-välitteiset toiminnot ja säätely syövässä eivät ole suoraviivaisia. Vaikka TLR9 on yhteydessä BC-solujen elinkykyyn n-BP-altistuksen yhteydessä, sen ekspressio ei vaikuta HNSCC-solujen immuunimodulatooristen molekyylien tuotantoon. Julkaisemattomat tulokset kuitenkin osoittavat, että TLR9-ligandit muokkaavat solujen fysiologiaa sekä signalointia. Koska muutokset voivat kontekstista riippuen olla joko protaiantitumorigeenisiä, TLR9-statuksen hyödyntäminen biomarkkerina vaatii edelleen lisätutkimuksia. Väitöskirjan havainnot kannustavat kriittiseen arviointiin esim. tulkittaessa kokeellisten syöpähoitojen tuloksia, joissa tutkitaan CpG-ODN:ien adjuvanttisia ominaisuuksia.