Studies on Matrix Metalloproteinase (MMP-2, -9 and -14) and β2 Integrin Targeting as Potential Anticancer Therapeutics

Proteolytic enzymes, such as matrix metalloproteinases (MMP), are associated to the progression of several cancers. They degrade extracellular components, which helps tumors to expand and cancer cells to escape from the primary site. Of all MMPs, gelatinases (MMP-2 and -9) and membrane type-1 matrix metalloproteinase (MT1-MMP, MMP-14), in particular, are often associated to more aggressive types of head and neck carcinomas as well as to a poorer outcome in patient survival. Although therapies during the last decades have advanced, the mortality of the disease is still rather high and adjuvant therapies are searched for continuously. MMP-9 and MT1-MMP are also involved in neo-angiogenesis, which is necessary for tumor expansion. For this reason, we have identified synthetic peptides-targeting gelatinases and MT1-MMP, and have also evaluated their anticancer effects in vitro and in vivo. Antigelatinolytic peptides effectively inhibited tongue-carcinoma cell invasion and reduced the growth of xenografted tumors. In tumor samples of mice that were treated with antigelatinolytic peptides, the micro-vessel density was significantly reduced. We also identified a novel MT1-MMP targeting peptide and demonstrated that it exerted anticancer effects against several malignant cell lines in vitro. The effects of MT1-MMP inhibition on tongue-squamous cell carcinomas were evaluated by using xenograft tumors, which it effectively inhibited. Tranexamic acid was also demonstrated to inhibit tongue-squamous cell carcinoma invasion, most probably due to its ability to prevent the plasmin-mediated activation of proMMP-9. Leukocyte β2 integrins are another interesting option when evaluating targets for the therapeutic intervention of inflammatory conditions or malignancies of hematopoietic origin, since β2 integrins are expressed mainly by leukocytes. We identified a novel technique for screening small-molecule libraries against β2 integrins, and by using this technique we identified a novel αMβ2 integrin-binding chemical (IMB-10). IMB-10 significantly enhances leukocyte adhesion and inhibits their motility. We also demonstrated that IMB-10 can be used to inhibit inflammation and lymphoma growth in vivo. Interestingly, IMB-10 also reduced leukocyte tumor infiltration and inhibited tumor invasion.

Kohdennetut liposomit syövän hoidossa

Suurin ongelma syöpätautien lääkehoidossa on sen aiheuttamat toksiset sivuvaikutukset. Tyypillisesti vain noin 1 % elimistöön annostellusta lääkeaineesta saavuttaa hoitoa tarvitsevat syöpäsolut, loppuosa lääkeaineesta jää vahingoittamaan elimistön terveitä soluja. Toksiset sivuvaikutukset rajoittavat lääkehoidon annoksen nostamista elimistössä riittävälle pitoisuudelle, mikä johtaa usein sairauden ennenaikaiseen pahenemiseen ja mahdollisen lääkeaineresistenssin kehittymiseen. Liposomien välittämä lääkeaineen kohdentaminen voidaan jakaa kahteen eri menetelmään: passiiviseen ja aktiiviseen kohdentamiseen. Liposomien passiivisen kohdentamisen tarkoituksena on lisätä sytotoksisen lääkeaineen paikallistumista pelkästään kasvainkudokseen. Passiivinen kohdentaminen perustuu liposomien kulkeutumiseen verenkierron mukana, jolloin liposomit kerääntyvät epänormaalisti muodostuneeseen kasvainkudokseen. Liposomien aktiivisella kohdentamisella pyritään parantamaan passiivisesti kohdentuvien liposomien terapeuttista tehokkuutta kohdentamalla lääkeaineen vaikutus pelkästään syöpäsoluihin. Aktiivisessa kohdennuksessa liposomin pintaan kiinnitetään ligandi, joka spesifisesti tunnistaa kohdesolun. Tämän pro gradu -tutkielman kirjallisen osion tarkoituksena oli tutustua syöpäkudokseen kohdennettujen liposomien ominaisuuksiin tehokkaan soluunoton ja sytotoksisuuden saavuttamiseksi. Kokeellisessa osiossa tutkittiin kohdennettujen liposomien soluunottoa ja sytotoksista vaikutusta ihmisen munasarjasta eristetyillä adenokarsinoomasoluilla (SKOV-3). Liposomit kohdennettiin setuksimabi (C225, Erbitux®) vasta-aineella, jonka on todettu olevan tietyissä syöpätyypeissä (mm. keuhko- ja kolorektaalisyövissä, pään ja kaulan syövissä sekä rinta-, munuais-, eturauhas-, haima- ja munasarjasyövissä) yli-ilmentyneen epidermaalisen kasvutekijäreseptoriperheen HER1-proteiinin (ErbB-1, EGFR, epidermal growth factor receptor) spesifinen ja selektiivinen inhibiittori. Afrikan viherapinan munuaisista lähtöisin olevaa CV-1 solulinjaa käytettiin kontrollina kuvaamaan elimistön normaaleja soluja. Kohdennettujen liposomien soluunottoa tutkittiin soluunottokokeilla, joissa käytettiin kontrollina kohdentamattomia pegyloituja liposomeja. Setuksimabi-vasta-aineen spesifinen sitoutuminen EGF-reseptoriin todettiin kilpailutuskokeilla. Doksorubisiinia sisältävien immunoliposomien sytotoksisuutta selvitettiin Alamar Blue™ -elävyystestillä. Lisäksi immunoliposomien säilyvyyttä seurattiin mittaamalla liposomien keskimääräinen halkaisija noin kahden viikon välein. Setuksimabi-vasta-aineella kohdennettujen liposomien soluunotto oli huomattavasti suurentunut SKOV-3 syöpäsoluissa ja doksorubisiinia sisältävät kohdennetut liposomit aiheuttivat voimakkaamman sytotoksisen vaikutuksen kuin kohdentamattomat liposomit. Kohdennettujen doksorubisiiniliposomien sytotoksisuus tuli kuitenkin esille viiveellä, mikä viittaa lääkeaineen hitaaseen vapautumiseen liposomista. Suurentunutta soluunottoa ja sytotoksista vaikutusta ei havaittu CV-1 solulinjassa. Kohdennettujen liposomien sovellusmahdollisuudet lääketieteessä ja syövän hoidossa ovat merkittävät. Tällä hetkellä liposomien kliininen käyttö rajoittuu passiivisesti kohdennettuihin liposomeihin (Doxil® (Am.),Caelyx® (Eur.)). Lupaavista solukokeista huolimatta kohdennettujen liposomien terapeuttinen käyttö tulevaisuudessa näyttää haasteelliselta.

The role of p73 in cancer – a pathway towards more effective cancer therapy

The p53-family consists of three transcription factors, p53, p73 and p63. The family members have similar but also individual functions connected to cell cycle regulation, development and tumorigenesis. p53 and p73 act mainly as tumor suppressors. During DNA damage caused by anticancer drugs or irradiation, p53 and p73 levels are upregulated in cancer cells leading to apoptosis and cell cycle arrest. p53 is mutated in almost 50 per cent of the cancers, causing the cancer cells unable to undergo cell death. Instead, p73 is rarely mutated in cancer cells and because of that could be more viable target for anticancer therapy. The network surrounding the regulation of p73 is extensive and has several potential targets for cancer therapy. One of the most studied is Itch ligase, the negative regulator of p73 levels. Gene therapy directed towards knockdown of Itch ligase is a potential approach but in need for more in vivo proof. p73 has two isoforms, transactivating TA-forms and dominant-negative ΔN-forms. The specific regulation of these isoforms could also offer a possible way for more effective cancer treatment. The literature work includes information of structures, isoforms, functions and possible therapeutic targets of p73. Also the main therapeutic approaches to date are introduced. The experimental part is based on transfection and cytotoxicity studies done e.g. in pancreatic cancer cells (Mia PaCa-2, PANC1, BxPc-3 and HPAC). The aim of the experimental work was to optimize the conditions for effective transfection with DAB16 dendrimer nanoparticles and to measure the cytotoxicity of plain dendrimers and DAB16-pDNA complexes. Also the protein levels of p73 and Itch ligase were measured by Western blotting. The work was done as a part of a bigger project, which was aiming to down regulate Itch ligase (negative regulator of p73) by siRNA/shRNA. Tranfection results were promising, showing good transfection efficacy with DAB16 N/P30 in pancreatic cancer cells (except in BxPc-3). Pancreatic cancer cells showed recovery in 3 days after they were exposed to plain dendrimer solution or to DAB16-pDNA. Measurement of protein levels by Western blotting was not optimal and the proposals for the improvement regarding e.g. the gels and the extracted protein amounts have been done.