Untersuchungen zum Einfluss von NBN, ATM und ATR auf die Alkylanzien-induzierte Toxizität

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der DNA-Reparaturenzyme NBN, ATM und ATR, die wichtige Funktionen während der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) besitzen, auf die Alkylanzien-induzierte Toxizität untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass verschiedene menschliche Zelllinien, welche eine Beeinträchtigung in einem dieser drei Gene aufweisen, eine erhöhte Sensitivität gegenüber N-Methyl-N'-Nitro-N-Nitrosoguanidin (MNNG) und dem Chemotherapeutikum Temozolomid (TMZ) zeigen. Da das DNA-Reparaturenzym MGMT die Zellen vor der Induktion des Zelltods schützt, kann geschlussfolgert werden, dass die Hypersensitivität der mutierten Zelllinien auf die O6-MeG-Läsion zurückzuführen ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mutationen von NBN oder ATM nicht zu einer verminderten Kapazität der Basen-Exzisions-Reparatur (BER) führen. Somit ist die erhöhte Sensitivität der mutierten Zellen sehr wahrscheinlich auf eine verminderte Reparatur der DSBs zurückzuführen, welche durch die O6-MeG-Läsion induziert werden. Damit konnte NBN, ATM und ATR als neue Faktoren in der Abwehr gegen Alkylanzien-induzierte Toxizität identifiziert werden. Dies ist von großer klinischer Bedeutung, da einerseits die drei Proteine als therapeutisches Angriffsziel Bedeutung gewinnen und andererseits verschiedene Tumore, die in der Klinik mit alkylierenden Agenzien behandelt werden, Mutationen in diesen Genen tragen.rnrnWeiterhin wurde beobachtet, dass NBN- und ATM-defiziente Zellen nach Behandlung mit methylierenden Agenzien eine ungewöhnlich hohe Nekrose-Rate aufweisen. Es konnte gezeigt werden, dass diese unabhängig von einer PARP1-Aktivierung induziert wird. Dennoch wurde in den NBN- und ATM-mutierten Zelllinien im Gegensatz zum Wildtyp eine sehr starke Verminderung der ATP-Menge nach MNNG-Behandlung beobachtet. Diese wird durch das Fehlen einer effektiven Aktivierung der AMP-Kinase in diesen Zellen verursacht. Somit kann angenommen werden, dass die hohe Nekrose-Rate auf eine ATP-Depletion zurückzuführen ist, welche durch die nicht ausreichende AMP-Kinase-Aktivierung in diesen Zellen bedingt wird. Daher konnte NBN und ATM als Faktoren des zellulären Schutzes gerichtet gegen die Induktion der „programmierten Nekrose“ identifiziert werden. Dies ist ebenfalls von klinischer Bedeutung. Tragen Tumorzellen von Tumoren, welche mit methylierenden Agenzien behandelt werden, Mutationen in einem dieser Gene, so muss mit einer vermehrten Induktion von Nekrose und daher mit einer Stimulierung des Immunsystems während der Chemotherapie gerechnet werden. Dies wäre einerseits mit erhöhten Nebenwirkungen, die sich insbesondere durch Entzündungsreaktionen äußern, verbunden. Andererseits zeigen verschiedene Arbeiten, dass die Stimulation des Immunsystems durch sterbende Tumorzellen während der Chemotherapie die Tumorregression positiv beeinflussen kann.

Boron determination in biological samples - Intercomparison of three analytical methods to assist development of a treatment protocol for neoplastic diseases of the liver with Boron Neutron Capture Therapy

Die Bor-Neuroneneinfang-Therapie (engl.: Boron Neutron Capture Therapy, BNCT) ist eine indirekte Strahlentherapie, welche durch die gezielte Freisetzung von dicht ionisierender Strahlung Tumorzellen zerstört. Die freigesetzten Ionen sind Spaltfragmente einer Kernreaktion, bei welcher das Isotop 10B ein niederenergetisches (thermisches) Neutron einfängt. Das 10B wird durch ein spezielles Borpräparat in den Tumorzellen angereichert, welches selbst nicht radioaktiv ist. rnAn der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wurde die Forschung für die Anwendung eines klinischen Behandlungsprotokolls durch zwei Heilversuche bei Patienten mit kolorektalen Lebermetastasen an der Universität Pavia, Italien, angeregt, bei denen die Leber außerhalb des Körpers in einem Forschungsreaktor bestrahlt wurde. Als erster Schritt wurde in Kooperation verschiedener universitärer Institute eine klinische Studie zur Bestimmung klinisch relevanter Parameter wie der Borverteilung in verschiedenen Geweben und dem pharmakokinetischen Aufnahmeverhalten des Borpräparates initiiert.rnDie Borkonzentration in den Gewebeproben wurde hinsichtlich ihrer räumlichen Verteilung in verschiedenen Zellarealen bestimmt, um mehr über das Aufnahmeverhalten der Zellen für das BPA im Hinblick auf ihre biologischen Charakteristika zu erfahren. Die Borbestimung wurde per Quantitative Neutron Capture Radiography, Prompt Gamma Activation Analysis und Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy parallel zur histologischen Analyse des Gewebes durchgeführt. Es war möglich zu zeigen, dass in Proben aus Tumorgewebe und aus tumorfreiem Gewebe mit unterschiedlichen morphologischen Eigenschaften eine sehr heterogene Borverteilung vorliegt. Die Ergebnisse der Blutproben werden für die Erstellung eines pharmakokinetischen Modells verwendet und sind in Übereinstimmung mit existierenden pharmakokinetische Modellen. Zusätzlich wurden die Methoden zur Borbestimmung über speziell hergestellte Referenzstandards untereinander verglichen. Dabei wurde eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse festgestellt, ferner wurde für alle biologischen Proben Standardanalyseprotokolle erstellt.rnDie bisher erhaltenen Ergebnisse der klinischen Studie sind vielversprechend, lassen aber noch keine endgültigen Schlussfolgerungen hinsichtlich der Wirksamkeit von BNCT für maligne Lebererkrankungen zu. rn

Role of Magnesium and its mitochondrial transporter MRS2 in the modulation of drug-induced apoptosis leading to multidrug resistance phenotype

Magnesium is an essential element for many biological processes crucial for cell life and proliferation. Growing evidences point out a role for this cation in the apoptotic process and in developing multi drug resistance (MDR) phenotype. The first part of this study aimed to highlight the involvement of the mitochondrial magnesium channel MRS2 in modulating drug-induced apoptosis. We generated an appropriate transgenic cellular system to regulate expression of MRS2 protein. The cells were then exposed to two different apoptotic agents commonly used in chemotherapy. The obtained results showed that cells overexpressing MRS2 channel are less responsiveness to pharmacological insults, looking more resistant to the induced apoptosis. Moreover, in normal condition, MRS2 overexpression induces higher magnesium uptake into isolated mitochondria respect to control cells correlating with an increment of total intracellular magnesium concentration. In the second part of this research we investigated whether magnesium intracellular content and compartmentalization could be used as a signature to discriminate MDR tumour cells from their sensitive counterparts. As MDR model we choose colon carcinoma cell line sensitive and resistant to doxorubicin. We exploited a standard-less approach providing a complete characterization of whole single-cells by combining X-Ray Fluorescence Microscopy , Atomic Force Microscopy and Scanning Transmission X-ray Microscopy. This method allows the quantification of the intracellular spatial distribution and total concentration of magnesium in whole dehydrated cells. The measurements, carried out in 27 single cells, revealed a different magnesium pattern for both concentration and distribution of the element in the two cellular strains. These results were then confirmed by quantifying the total amount of intracellular magnesium in a large populations of cells by using DCHQ5 probe and traditional fluorimetric technique.

Transfer von antitumoralen Effektoren mittels viraler Vektoren zur experimentellen Tumortherapie

Retrovirale Vektoren basierend auf dem murinen Leukämievirus (MLV) gehören zu den zurzeit am häufigsten verwendeten Vektoren in der Gentherapie. MLV besitzt einen natürlichen Tropismus für sich teilende Zellen und ist somit besonders für die Krebs-Gentherapie geeignet.rnIn der vorliegenden Arbeit wurde zuerst der direkte Transport von pri-miRNA durch deren Aufnahme in MLV-Partikel untersucht, aber keine positiven Effekte beobachtet. Dabei blieb unklar, ob keine Verpackung der pri-miRNA erfolgte, oder die pri-miRNA nach Transduktion der Zellen nicht funktionell war.rnReplizierende MLVs sind eine vielversprechende Alternative zu replikationsinkompetenten Vektoren. Sie können das Transgen im gewünschten Gewebe verteilen und durch Integration ins Genom stabil exprimieren. Es wurden verschiedene Ansätze zur Herstellung von onkolytisch wirkenden MLVs untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass der Einsatz des viralen Proteins R (VPR) als toxisches Gen eine Anzucht VPR-kodierender Viren erschwert, da bereits die VPR-exprimierenden Zellen abgetötet werden. Das Ergebnis zeigt den Bedarf weiterer Optimierungen, z.B. durch geeignete Anzuchtzellen oder induzierbare Promotoren zur Transgenexpression.rnEs konnte gezeigt werden, dass Expressionskassetten mit antitumoralen sh/miRNAs als therapeutisches Effektormolekül gegen die Proteinkinase PLK1 und den Transkriptionsfaktor STAT3 erfolgreich durch replizierende MLVs in Zielzellen übertragen werden und die Herabregulation der Genprodukte zu einer deutlichen Wachstumshemmung der Tumorzellen führt. Dabei konnten Expressionskassetten bis zu einer Größe von 1,6kb stabil in die 3´-UTR von Env inseriert werden. Es konnte ein reduziertes Tumorwachstum von HT1080-Zellen in SCID-Mäusen nach intratumoraler Applikation von aMLV, welches für eine miRNA gegen PLK1 kodiert, erreicht werden ohne dass die Viren mutierten (Schaser et al., 2011). Durch eine intravenöse Verabreichung der Viren oder der Applikation von vorinfizierten Tumorzellen in SCID-Mäuse mutierten die miRNA-Expressionskassetten aus ungeklärten Gründen vollständig. Durch die Balance zwischen Virusverbreitung und induziertem Zelltod sind modifizierte MLVs eine perfekte Waffe gegen entartete Zellen.rnrn

Identificazione dei meccanismi molecolari responsabili del ruolo oncosoppressivo della molecola CD99 nell'osteosarcoma

CD99, glicoproteina di membrana codificata dal gene MIC2, è coinvolta in numerosi processi cellulari, inclusi adesione, migrazione, apoptosi, differenziamento e regolazione del trafficking intracellulare di proteine, in condizioni fisiologiche e patologiche. Nell’osteosarcoma risulta scarsamente espressa ed ha ruolo oncosoppressivo. L’isoforma completa (CD99wt) e l’isoforma tronca (CD99sh), deleta di una porzione del dominio intracellulare, influenzano in modo opposto la malignità tumorale. In questo studio, comparando cellule di osteosarcoma caratterizzate da differenti capacità metastatiche e diversa espressione di CD99, abbiamo valutato la modulazione dei contatti cellula-cellula, la riorganizzazione del citoscheletro di actina e la modulazione delle vie di segnalazione a valle del CD99, al fine di identificare i meccanismi molecolari regolati da questa molecola e responsabili del comportamento migratorio e invasivo delle cellule di osteosarcoma. L'espressione forzata di CD99wt induce il reclutamento di N-caderina e β-catenina a livello delle giunzioni aderenti ed inibisce l'espressione di molecole cruciali nel processo di rimodellamento del citoscheletro di actina, come ACTR2, ARPC1A, Rho-associated, coiled–coil-containing protein kinase 2 (ROCK2), nonché di ezrina, membro della famiglia ezrin/radixin/moesin e chiaramente associata con la progressione tumorale e la metastatizzazione dell’OS. Gli studi funzionali identificano ROCK2 come mediatore fondamentale nella regolazione della migrazione e della diffusione metastatica dell’osteosarcoma. Mantenendo cSRC in una conformazione inattiva, CD99wt inibisce la segnalazione mediata da ROCK2 inducendo una diminuzione dell’ezrina a livello della membrana accompagnata dalla traslocazione in membrana di N-caderina e β-catenina, principali ponti molecolari per il citoscheletro di actina. La ri-espressione di CD99wt, generalmente presente negli osteoblasti, ma perso nelle cellule di osteosarcoma, attraverso l'inibizione dell'attività di cSrc e ROCK2, aumenta la forza di contatto e riattiva i segnali anti-migratori ostacolando l’azione pro-migratoria, altrimenti dominante, dell’ezrina nell’osteosarcoma. Abbiamo infine valutato la funzione di ROCK2 nel sarcoma di Ewing: nonostante il ruolo oncogenico esercitato da CD99, ROCK2 guida la migrazione cellulare anche in questa neoplasia.

Untersuchungen zum Einfluss des HMG-CoA-Reduktase-Inhibitors Lovastatin auf die Toxizität ionisierender Strahlung sowie des Anthrazyklinderivats Doxorubicin im Mausmodell

Hintergund: HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine) sind klinisch etablierte Cholesterinsenker. Über die Inhibition der intrinsischen Cholesterinbiosynthese hinaus zeigen sie sogenannte pleiotrope biologische Effekte. Ein Großteil dieser Wirkungen wird auf die Inhibition kleiner Ras homologer GTPasen (Rho GTPasen) zurückgeführt. In vitro schützt das Statinderivat Lovastatin (Lova) primäre humane Endothelzellen vor der Zytotoxizität von ionisierender Strahlung (IR) und dem Krebsmedikament Doxorubicin (Doxo). Zielsetzung: Die Relevanz dieser Befunde für ein in vivo Mausmodell sollte in der vorliegenden Arbeit überprüft werden. Dafür wurden BALB/c-Mäuse mit IR oder Doxo behandelt und der Einfluss einer Kobehandlung mit Lova auf verschiedene Toxizitätsendpunkte untersucht (24 h nach einer einzelnen hohen Dosis IR (i), 14 Tage nach zwei geringen Dosen IR (ii), 48 h nach einer einzelnen hohen Dosis Doxo (iii), sowie 8 Tage nach drei niedrigen Dosen Doxo (iv)). Eine mögliche gleichzeitige Protektion von Tumorzellen durch die Statingabe wurde in einem Xenotransplantationsexperiment überprüft (v), in dem das gleiche Behandlungsschema wie bei iv angewendet wurde. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass eine Statinbehandlung Normalgewebe vor Doxo- und IR-induzierter Toxizität schützt, ohne gleichzeitig protektiv auf transformierte Zellen zu wirken. Dieser Effekt ist wahrscheinlich von einer Inhibition der kleinen GTPasen Rac1 und RhoA abhängig und einer daraus folgenden Modifizierung der DNA-Schadensantwort. i: Die Statinvorbehandlung der Mäuse hatte keinen Einfluss auf die Bildung von initialen IR-induzierten DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) in der Leber. Die Lova-Behandlung wirkte sich jedoch auf IR-induzierte Stressantworten aus, was sich in einer Minderung der Expression von Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern in Leber und Darm widerspiegelte. ii: In der Lunge der Tiere wurde ein Anstieg von molekularen Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern detektiert, der bei Statinkobehandlung ausblieb. Zudem verhinderte die Kobehandlung mit Lova eine IR-induzierte Abnahme der Thrombozytenzahl, ohne sich auf die durch IR verringerte Leukozytenzahl im Blut auszuwirken. iii: Die Verabreichung einer hohen Dosis Doxo induzierte DSB-Formation in der Leber. Die Statinvorbehandlung reduzierte deren Menge um ca. 50 %. Dieser genoprotektive Effekt war unabhängig von der Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies sowie einer Änderung des Doxo-Imports oder Exports. Die Expression von proinflammatorischen und profibrotischen Genen fiel besonders in der Leber und im Herzen durch die Lova-Kobehandlung geringer aus, als in der nur mit Doxo behandelten Gruppe. Zudem verringerte Lova die durch Doxo induzierte Hochregulation von für den AP1-Komplex kodierenden Genen sowie von Zellzykluskontrollfaktoren. Die Lova-Vorbehandlung führte darüber hinaus im Herzen zu einem reduzierten mRNA-Spiegel der Topoisomerasen II α und β. iv: Es konnten schwere Herz- und Leberschäden detektiert werden (gemessen an Gldh-, Gpt- sowie cTn-I-Serumkonzentrationen), die bei einer Kobehandlung mit dem Statin nicht auftraten. Die Lova-Kobehandlung verhinderte außerdem eine durch die Doxo-Behandlung verringerte Leukozytenzahl. Molekulare Marker für frühe fibrotische Ereignisse, sowie für Inflammation und Hypertrophie waren in der Leber und im Herzen nach der Doxo-Behandlung erhöht. Das Statin war auch hier in der Lage, diese toxischen Wirkungen des Anthrazyklins zu mindern. Auch die Doxo-induzierte Expression von Surrogatmarkern für Zellantworten auf oxidativen Stress wurde in der Leber abgeschwächt. In der Leber und im Herzen wiesen die mit Doxo behandelten Tiere höhere mRNA Spiegel von an Zellzykluskontrolle beteiligten Faktoren sowie von DNA-Reparatur und Fremdstoffmetabolismus assoziierten Genen auf. Am stärksten wurde die Expression von Topoisomerase II alpha - ein molekularer Marker für Zellproliferation und bedeutsame Zielstruktur von Doxo - in der Leber hochreguliert. Die Statin-Kobehandlung verhinderte all diese Doxo-induzierten Expressionsänderungen. Im Gegensatz zur Leber wurde die Top2a-mRNA Menge im Herzen durch die Doxo-Applikation reduziert. Auch hier bewirkte die Kobehandlung mit dem Statin, dass die Expression nahe dem Kontrollniveau blieb. v: Die Kobehandlung mit Lova führte zu keinem Schutz der Tumorzellen vor Doxo, sondern erhöhte sogar dessen antineoplastisches Potential.rnFazit: Die Erkenntnisse aus vorhergegangenen in vitro Versuchen konnten zum großen Teil auf die in vivo Situation im Mausmodell übertragen werden. Sie stehen im Einklang mit Ergebnissen anderer Gruppen, welche die Inhibition kleiner GTPasen mit einer geringeren, durch zytotoxische Substanzen induzierten, Inflammation und Fibrose korrelieren konnten. Eine Kobehandlung mit Lova während einer Krebstherapie erscheint somit als vielversprechende Möglichkeit Doxo- oder IR-induzierte Nebenwirkungen auf Normalgewebe zu mildern.

The role of autophagy in anticancer therapy: promises and uncertainties

Autophagy (literally self-eating) is a catabolic mechanism involved in the recycling and turnover of cytoplasmic constituents. Although often referred to as type II programmed cell death, autophagy is primarily a survival rather than a cell death mechanism in response to different stress stimuli. Autophagy is a process in which part of the cytoplasm or entire organelles are sequestered into double-membrane vesicles, called autophagosomes, which ultimately fuse with lysosomes to degrade their contents. Studies show that autophagy is associated with a number of pathological conditions, including cancer, infectious diseases, myopathies and neurodegenerative disorders. With respect to cancer, it has been suggested that the early stages of tumourigenesis are associated with downregulation of autophagy-related (ATG) genes. Indeed, several ATG genes display tumour suppressor function, including Beclin1, which is frequently hemizygously deleted in breast cancer cells. Conversely, in advanced stages of tumourigenesis or during anticancer therapy, autophagy may promote survival of tumour cells in adverse environmental conditions. Therefore, a thorough understanding of autophagy in different cancer types and stages is a prerequisite to determine an autophagy-activating or autophagy-inhibiting treatment strategy.

Autophagy: in: Cell Death

Autophagy is a conserved proteolytic mechanism that degrades cytoplasmic material including cell organelles. Although the importance of autophagy for cell homeostasis and survival has long been appreciated, our understanding of how autophagy is regulated at a molecular level just recently evolved. The importance of autophagy for the quality control of proteins is underscored by the fact that many neurodegenerative and myodegenerative diseases are characterized by an increased but still insufficient autophagic activity. Similarly, if the cellular stress, leading to deoxyribonucleic acid (DNA) damage, mitochondrial damage and/or damaged proteins, does not result in sufficient autophagic repair mechanisms, cells seem to be prone to transform into tumour cells. Therefore, autophagy has multiple roles to play in the causation and prevention of human diseases.

Thymic peptides for treatment of cancer patients

Background Purified thymus extracts (pTE) and synthetic thymic peptides (sTP) are thought to enhance the immune system of cancer patients in order to fight the growth of tumour cells and to resist infections due to immunosuppression induced by the disease and antineoplastic therapy. Objectives To evaluate the effectiveness of pTE and sTP for the management of cancer. Search methods We searched CENTRAL (The Cochrane Library 2010, Issue 3), MEDLINE, EMBASE, AMED, BIOETHICSLINE, BIOSIS, CATLINE, CISCOM, HEALTHSTAR, HTA, SOMED and LILACS (to February 2010). Selection criteria Randomised trials of pTE or sTP in addition to chemotherapy or radiotherapy, or both, compared to the same regimen with placebo or no additional treatment in adult cancer patients. Data collection and analysis Two authors independently extracted data from published trials. We derived odds ratios (OR) from overall survival (OS) and disease-free survival (DFS) rates, tumour response (TR) rates, and rates of adverse effects (AE) related to antineoplastic treatments. We used a random-effects model for meta-analysis. Main results We identified 26 trials (2736 patients). Twenty trials investigated pTE (thymostimulin or thymosin fraction 5) and six trials investigated sTP (thymopentin or thymosin α1). Twenty-one trials reported results for OS, six for DFS, 14 for TR, nine for AE and 10 for safety of pTE and sTP. Addition of pTE conferred no benefit on OS (RR 1.00, 95% CI 0.79 to 1.25); DFS (RR 0.97, 95% CI 0.82 to 1.16); or TR (RR 1.07, 95% CI 0.92 to 1.25). Heterogeneity was moderate to high for all these outcomes. For thymosin α1 the pooled RR for OS was 1.21 (95% CI 0.94 to 1.56, P = 0.14), with low heterogeneity; and 3.37 (95% CI 0.66 to 17.30, P = 0.15) for DFS, with moderate heterogeneity. The pTE reduced the risk of severe infectious complications (RR 0.54, 95% CI 0.38 to 0.78, P = 0.0008; I² = 0%). The RR for severe neutropenia in patients treated with thymostimulin was 0.55 (95% CI 0.25 to 1.23, P = 0.15). Tolerability of pTE and sTP was good. Most of the trials had at least a moderate risk of bias. Authors' conclusions Overall, we found neither evidence that the addition of pTE to antineoplastic treatment reduced the risk of death or disease progression nor that it improved the rate of tumour responses to antineoplastic treatment. For thymosin α1, there was a trend for a reduced risk of dying and of improved DFS. There was preliminary evidence that pTE lowered the risk of severe infectious complications in patients undergoing chemotherapy or radiotherapy.

Expression profiling of stem cell-related genes in neoadjuvant-treated gastric cancer: a NOTCH2, GSK3B and β-catenin gene signature predicts survival

Cancer stem cell (CSC) based gene expression signatures are associated with prognosis in various tumour types and CSCs are suggested to be particularly drug resistant. The aim of our study was first, to determine the prognostic significance of CSC-related gene expression in residual tumour cells of neoadjuvant-treated gastric cancer (GC) patients. Second, we wished to examine, whether expression alterations between pre- and post-therapeutic tumour samples exist, consistent with an enrichment of drug resistant tumour cells. The expression of 44 genes was analysed in 63 formalin-fixed, paraffin embedded tumour specimens with partial tumour regression (10-50% residual tumour) after neoadjuvant chemotherapy by quantitative real time PCR low-density arrays. A signature of combined GSK3B(high), β-catenin (CTNNB1)(high) and NOTCH2(low) expression was strongly correlated with better patient survival (p<0.001). A prognostic relevance of these genes was also found analysing publically available gene expression data. The expression of 9 genes was compared between pre-therapeutic biopsies and post-therapeutic resected specimens. A significant post-therapeutic increase in NOTCH2, LGR5 and POU5F1 expression was found in tumours with different tumour regression grades. No significant alterations were observed for GSK3B and CTNNB1. Immunohistochemical analysis demonstrated a chemotherapy-associated increase in the intensity of NOTCH2 staining, but not in the percentage of NOTCH2. Taken together, the GSK3B, CTNNB1 and NOTCH2 expression signature is a novel, promising prognostic parameter for GC. The results of the differential expression analysis indicate a prominent role for NOTCH2 and chemotherapy resistance in GC, which seems to be related to an effect of the drugs on NOTCH2 expression rather than to an enrichment of NOTCH2 expressing tumour cells.

iTRAQ identification of candidate serum biomarkers associated with metastatic progression of human prostate cancer

A major challenge in the management of patients with prostate cancer is identifying those individuals at risk of developing metastatic disease, as in most cases the disease will remain indolent. We analyzed pooled serum samples from 4 groups of patients (n = 5 samples/group), collected prospectively and actively monitored for a minimum of 5 yrs. Patients groups were (i) histological diagnosis of benign prostatic hyperplasia with no evidence of cancer 'BPH', (ii) localised cancer with no evidence of progression, 'non-progressing' (iii) localised cancer with evidence of biochemical progression, 'progressing', and (iv) bone metastasis at presentation 'metastatic'. Pooled samples were immuno-depleted of the 14 most highly abundant proteins and analysed using a 4-plex iTRAQ approach. Overall 122 proteins were identified and relatively quantified. Comparisons of progressing versus non-progressing groups identified the significant differential expression of 25 proteins (p<0.001). Comparisons of metastatic versus progressing groups identified the significant differential expression of 23 proteins. Mapping the differentially expressed proteins onto the prostate cancer progression pathway revealed the dysregulated expression of individual proteins, pairs of proteins and 'panels' of proteins to be associated with particular stages of disease development and progression. The median immunostaining intensity of eukaryotic translation elongation factor 1 alpha 1 (eEF1A1), one of the candidates identified, was significantly higher in osteoblasts in close proximity to metastatic tumour cells compared with osteoblasts in control bone (p = 0.0353, Mann Whitney U). Our proteomic approach has identified leads for potentially useful serum biomarkers associated with the metastatic progression of prostate cancer. The panels identified, including eEF1A1 warrant further investigation and validation.

Calpain-mediated cleavage of Atg5 switches autophagy to apoptosis

Autophagy-related gene (Atg) 5 is a gene product required for the formation of autophagosomes. Here, we report that Atg5, in addition to the promotion of autophagy, enhances susceptibility towards apoptotic stimuli. Enforced expression of Atg5-sensitized tumour cells to anticancer drug treatment both in vitro and in vivo. In contrast, silencing the Atg5 gene with short interfering RNA (siRNA) resulted in partial resistance to chemotherapy. Apoptosis was associated with calpain-mediated Atg5 cleavage, resulting in an amino-terminal cleavage product with a relative molecular mass of 24,000 (Mr 24K). Atg5 cleavage was observed independent of the cell type and the apoptotic stimulus, suggesting that calpain activation and Atg5 cleavage are general phenomena in apoptotic cells. Truncated Atg5 translocated from the cytosol to mitochondria, associated with the anti-apoptotic molecule Bcl-xL and triggered cytochrome c release and caspase activation. Taken together, calpain-mediated Atg5 cleavage provokes apoptotic cell death, therefore, represents a molecular link between autophagy and apoptosis--a finding with potential importance for clinical anticancer therapies.

Cellular differentiation determines the expression of the hypoxia-inducible protein NDRG1 in pancreatic cancer

N-myc downstream-regulated gene-1 (NDRG1) is a recently described hypoxia-inducible protein that is upregulated in various human cancers. Pancreatic ductal adenocarcinoma, called pancreatic cancer, is a highly aggressive cancer that is characterised by its avascular structure, which results in a severe hypoxic environment. In this study, we investigated whether NDRG1 is upregulated in these tumours, thus providing a novel marker for malignant cells in the pancreas. By immunohistochemistry, we observed that NDRG1 was highly expressed in well-differentiated cells of pancreatic cancer, whereas the poorly differentiated tumour cells were negative. In addition, hyperplastic islets and ducts of nonquiescent pancreatic tissue were positive. To further explore its selective expression in tumours, two well-established pancreatic cancer cell lines of unequal differentiation status were exposed to 2% oxygen. NDRG1 mRNA and protein were upregulated by hypoxia in the moderately differentiated Capan-1 cells; however, its levels remained unchanged in the poorly differentiated Panc-1 cell line. Taken together, our data suggest that NDRG1 will not serve as a reliable marker of tumour cells in the pancreas, but may serve as a marker of differentiation. Furthermore, we present the novel finding that cellular differentiation may be an important factor that determines the hypoxia-induced regulation of NDRG1.

Malignant melanoma and bone resorption

The cellular and humoral mechanisms accounting for osteolysis in skeletal metastases of malignant melanoma are uncertain. Osteoclasts, the specialised multinucleated cells that carry out bone resorption, are derived from monocyte/macrophage precursors. We isolated tumour-associated macrophages (TAMs) from metastatic (lymph node/skin) melanomas and cultured them in the presence and absence of osteoclastogenic cytokines and growth factors. The effect of tumour-derived fibroblasts and melanoma cells on osteoclast formation and resorption was also analysed. Melanoma TAMs (CD14+/CD51-) differentiated into osteoclasts (CD14-/CD51+) in the presence of receptor activator for nuclear factor kappaB ligand (RANKL) and macrophage-colony stimulating factor. Tumour-associated macrophage-osteoclast differentiation also occurred via a RANKL-independent pathway when TAMs were cultured with tumour necrosis factor-alpha and interleukin (IL)-1alpha. RT-PCR showed that fibroblasts isolated from metastatic melanomas expressed RANKL messenger RNA and the conditioned medium of cultured melanoma fibroblasts was found to be capable of inducing osteoclast formation in the absence of RANKL; this effect was inhibited by the addition of osteoprotegerin (OPG). We also found that cultured human SK-Mel-29 melanoma cells produce a soluble factor that induces osteoclast differentiation; this effect was not inhibited by OPG. Our findings indicate that TAMs in metastatic melanomas can differentiate into osteoclasts and that melanoma fibroblasts and melanoma tumour cells can induce osteoclast formation by RANKL-dependent and RANKL-independent mechanisms, respectively.

Novel 111In-labelled bombesin analogues for molecular imaging of prostate tumours

PURPOSE: It has been shown that some primary human tumours and their metastases, including prostate and breast tumours, overexpress gastrin-releasing peptide (GRP) receptors. Bombesin (BN) is a neuropeptide with a high affinity for these GRP receptors. We demonstrated successful scintigraphic visualisation of BN receptor-positive tumours in preclinical studies using the radiolabelled BN analogue [(111)In-DTPA-Pro(1),Tyr(4)]BN. However, the receptor affinity as well as the serum stability of this analogue leave room for improvement. Therefore new (111)In-labelled BN analogues were synthesised and evaluated in vitro and in vivo. METHODS AND RESULTS: The receptor affinity of the new BN analogues was tested on human GRP receptor-expressing prostate tumour xenografts and rat colon sections. Analogues with high receptor affinity (low nM range) were selected for further evaluation. Incubation in vitro of GRP receptor-expressing rat CA20948 and human PC3 tumour cells with the (111)In-labelled analogues resulted in rapid receptor-mediated uptake and internalisation. The BN analogue with the best receptor affinity and in vitro internalisation characteristics, Cmp 3 ([(111)In-DTPA-ACMpip(5),Tha(6),betaAla(11),Tha(13),Nle(14)]BN(5-14)), was tested in vivo in biodistribution studies using rats bearing GRP receptor-expressing CA20948 tumours, and nude mice bearing human PC3 xenografts. Injection of (111)In-labelled Cmp 3 in these animals showed high, receptor-mediated uptake in receptor-positive organs and tumours which could be visualised using planar gamma camera and microSPECT/CT imaging. CONCLUSION: With their enhanced receptor affinity and their rapid receptor-mediated internalisation in vitro and in vivo, the new BN analogues, and especially Cmp 3, are promising candidates for use in diagnostic molecular imaging and targeted radionuclide therapy of GRP receptor-expressing cancers.