Bedeutung des Glukosestoffwechsels für die Strahlenempfindlichkeit solider Tumoren

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Stoffwechseluntersuchungen an Experimentaltumoren von humanen Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereiches mit bekannter Strahlenempfindlichkeit durchzuführen. Die Resultate sollten mit dem Genexpressionsniveau glykolyseassoziierter Transportproteine und Enzyme, der Proteinexpression von LDH-A, der Hypoxie und der Strahlenresistenz der Tumoren korreliert werden. Während die Tumorproben und die Daten zum biologischen Strahlenverhalten und zur Charakterisierung der Hypoxie aus Dresden stammen, wurden alle anderen Untersuchungen in Mainz durchgeführt. Ein wichtiges Merkmal der kooperativen Studie bestand darin, dass erstmals die Strahlenresistenz von Experimentaltumoren systematisch in einem klinischen Fraktionierungsschema untersucht wurde. Die lokale Bestimmung der Gewebskonzentrationen der Metabolite ATP, Glukose und Laktat erfolgte mit dem Verfahren der bildgebenden Biolumineszenz. Die Auswertung der Ergebnisse mit Unterstützung von Bildverarbeitungs-Software wurde weiterentwickelt und in wesentlichen Punkten verbessert. Zur Ermittlung des mRNA-Expressionsniveaus der Glykolyseenzyme PFK-L und LDH-A sowie des Glukosetransporters GLUT1 diente die real time RT-PCR-Methode. Ein Kernpunkt des methodischen Teils der vorliegenden Arbeit bildeten die Validierung und Etablierung dieses Verfahrens. Durch die Anwendung dieser Technik war es möglich, eine relative Quantifizierung des Expressionslevels durchzuführen. Die Western Blot-Analyse lieferte Aussagen über den Proteingehalt von LDH-A. Dabei kam ein neues Auswerteverfahren durch Anwendung fluoreszenzmarkierter Antikörper zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten erstmals einen direkten Zusammenhang zwischen dem Laktatgehalt von Tumoren und deren Strahlenresistenz. Es wurde im Vergleich zu früheren klinischen Untersuchungen eine Einstufung in Hoch- und Niedriglaktattumoren vorgenommen und eine signifikante Korrelation innerhalb der Hochlaktattumoren zwischen dem Laktatgehalt und der über Pimonidazol quantifizierten hypoxischen Fraktion festgestellt. Während die PCR Unterschiede in den drei untersuchten Genen auf transkriptioneller Ebene zwischen den sieben untersuchten Tumorlinien erkennen ließ, waren die Western Blot-Ergebnisse nahezu gleich. Da auch die Western Blot-Analysen keine Übereinstimmungen mit dem Laktatgehalt zeigten, kann auch der reine Proteingehalt keine Rolle als aktivitätsbestimmende Größe der Glykolyse spielen. Vielmehr scheinen Aktivierungs- und posttranslationale Prozesse oder auch eine Kombination mehrerer Faktoren eine Rolle zu spielen. Letztlich deuten die Befunde darauf hin, dass die glykolytische Aktivität der untersuchten Tumoren nicht über Transkription und Proteinexpression reguliert wird. Der Zusammenhang zwischen dem Laktatgehalt und der Strahlenresistenz der Tumoren kann von großer klinischer Bedeutung sein, da ein klinisch relevantes Fraktionierungsschema bei der Bestrahlung angewandt wurde. Unsere Ergebnisse bestätigen die Arbeitshypothese, dass ein hoher glykolytischer Flux mit einer hohen Umsatzrate an Metaboliten mit Radikalfängerfunktion, wie Pyruvat, einhergeht, die den Tumoren eine Radioresistenz verleihen. Der Laktatgehalt von Biopsien als Marker für die Strahlenresistenz könnte in Zukunft zu einer der Radiotherapie vorangehenden Patientenselektion herangezogen werden, um die Therapie- und insbesondere Dosisplanung in der Onkologie zu unterstützen.

Entwicklung eines pharmakologischen Modells zur Prüfung immuntherapeutischer Antikörper mit dreidimensionalen Tumorzellkulturen in vitro

In den letzten Jahren hat die Tumorbehandlung mit immunologischen Präparaten an Bedeutung gewonnen. Der allgemeine Ablauf der Testung eines Arzneimittelkandidaten sieht vor, zunächst in Zellkulturversuchen und Tierversuchen Wirkweise und Sicherheit, sowie voraussichtliche Abbauwege und mögliche Gefahren so beurteilen zu können, dass sie für einen Einsatz im Menschen in Frage kommen. Zur präklinischen in vitro-Testung werden dabei in der Regel Monolayer-Zellkulturen oder Einzelzellsuspensionen eingesetzt. Der Einsatz von 3D-Zellkulturmodellen, welche den Aufbau von Mikrometastasen oder intervaskuläre Areale in Tumoren exakter widerspiegeln, führt zu wesentlich besseren Voraussagen bezüglich der klinischen Wirksamkeit neuer Präparate. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung und Anwendung eines neuen 3D-Zellkulturbasierten Systems zur Testung trifunktionaler bispezifischer Antikörper für die Tumorbehandlung, welches sich auch auf andere vergleichbare Präparate übertragen lässt.rnIn meiner Arbeit konnte ich mehrere humane Tumorzelllinien definieren, mit denen es gelang, stabile Co-Kulturen von Multi Cellular Tumour Spheroids (MCTS) mit Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMC) in miniaturisierten Spinner-Flaschen zu etablieren. Spinner-Flaschen, in denen die im Kulturmedium befindlichen Immunzellen, MCTS und Therapeutika ständig frei zirkulieren, sind besonders für eine wirklichkeitsnahe Nachbildung der in vivo-Simulation mit disseminierten Tumorzellen oder mit malignem Aszites geeignet. Diese Art der Kultivierung erlaubte Beobachtungszeiten von ≥20 Tagen für eine große Bandbreite Analysemethoden. Zu den mit dem erstellten Protokoll standardmäßig durchführbaren Analysemethoden zählen unter anderem immunhistochemische Färbungen an Sphäroid-Gefrierschnitten, Vitalitätstest, Untersuchung der Plattierungs-Effizienz, Bestimmung der Sphäroidvolumina, Zytokinbestimmungen aus dem Medienüberstand mit Cytokine Bead Arrays, PCR-Analysen immunzellspezifischer Antigene, sowie durchflusszytometrische Analysen. Diese Methodenkombination erlaubt einen sehr detaillierten Einblick in die Wirkweise und Effizienz neuer Immuntherapeutika aus verschiedensten Blickwinkeln und stellt ein reproduzierbares Testsystem zur präklinischen Testung von Immuntherapeutika dar, das zukünftig als Bindeglied zwischen Monolayer-Zellkulturen und klinischen Prüfungen einen festen Platz einnehmen könnte.rnMit dem beschriebenen 3D-Zellkultur-System wurden in der vorliegenden Arbeit die trifunktionalen bispezifischen Antikörper catumaxomab (unter dem Handelsnamen Removab® für die Behandlung maligner Ascites zugelassen) und ertumaxomab (derzeit in klinischen Prüfungen) hinsichtlich ihrer Wirkweise untersucht. Die Antikörper besitzen im Gegensatz zu herkömmlichen monoklonalen Antikörpern zwei verschiedene Bindungsarme, einer gegen CD3 auf T-Zellen, der zweite gegen EpCAM respektive Her2/neu - beides weit verbreitete Tumorantigene - gerichtet. An ihrem Fc-Teil besitzen sie eine dritte Bindungskapazität, über welche sie an Fcγ RI, -IIa und -III positive akzessorische Zellen binden. Diese Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes aus T-Zelle, Tumorzelle und akzessorischer Zelle. Dies stellt eine wirkungsvolle Therapieoption unter Ausnutzung der körpereigenen, immunologischen Abwehr dar. rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass beide Antikörper eine Größenreduktion der Sphäroide mit den entsprechenden Tumorantigenen in gleichem Maße bewirkten und die Plattierungseffizienz durch ertumaxomab dosisabhängig reduziert wurde. Mit dem erstellten Testsystem konnte der Wirkmechanismus von catumaxomab auf Sphäroide der Zelllinie FaDu (Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom) detaillierter gezeigt werden: catumaxomab wirkte dosisabhängig auf die Reduktion der Sphäroidvolumina und die zunehmende Infiltration von CD45+ Zellen, die als T-, NK- und/oder dendritische Zellen identifiziert wurden. Des Weiteren rief die catumaxomab-Gabe eine verstärkte Ausschüttung der Zytokine IL-2, IFN-γ und TNF-α hervor. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass catumaxomab die zelluläre Immunantwort aktiviert.rnDie Standard-Tumorbehandlung beinhaltet die Gabe von Chemotherapeutika. Oft werden dafür Zytostatika mit dem unerwünschten Nebeneffekt auch gesunde proliferierende Zellen anzugreifen verwendet. Dies kann prinzipiell auch die Wirksamkeit der Antikörper-Therapie beeinflussen. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit zusätzlich vergleichende Kombinations-Versuche mit catumaxomab und einem gängigen Zytostatikum - Cisplatin - durchgeführt. Mit Untersuchungen der Sphäroidvolumina, Vitalitätstests und Plattierungseffizienz konnte gezeigt werden, dass die Wirkung von catumaxomab bei gleichzeitiger Anwendung beider Therapeutika aufrecht erhalten bleibt und diese sogar additiv verstärkt wird. Eine Kombinationstherapie im Menschen ist daher denkbar.rnrn

Glukosestoffwechsel und Strahlentherapie solider, maligner Tumoren

Der Tumorstoffwechsel ist charakterisiert durch eine erhöhte Glykolyserate und die Anreicherung von Laktat auch in Anwesenheit von Sauerstoff. In früheren Arbeiten dieser Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass ein hoher Laktatgehalt in Primärtumoren signifikant mit einem gesteigerten Metastasierungsverhalten und einer schlechteren Patientenprognose verknüpft ist. Ein wichtiges Verfahren zur Bestimmung des Metabolitstatus in kryokonservierten Tumorschnitten ist die induzierte, metabolische Biolumineszenz. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues, digitales Kamerasystem für Biolumineszenzmessungen etabliert. Außerdem wurde der für die Laktat- und Glukosemessungen benötigte Enzymmix optimiert, so dass eine bessere Lichtausbeute und eine Kosteneinsparung von etwa 50% erzielt werden konnte. Durch die Einführung von Kontrollmessungen und die Verwendung eines neu entwickelten ImageJ-PlugIns für eine halbautomatisierte Auswertung, konnte ein zuverlässiges Messsystem etabliert werden, das Ergebnisse mit einer verbesserten Reproduzierbarkeit liefert. rnDieses neue Messsytem wurde in einer Studie an zehn humanen xenotransplantierten Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereiches erfolgreich eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass eine signifikante, positive Korrelation zwischen dem Laktatgehalt in soliden Primärtumoren und der Resistenz gegenüber einer fraktionierten Strahlentherapie besteht. rnIn einer weiterführenden Studie wurde im gleichen Xenograftmodell der Einfluss einer fraktionierten Strahlentherapie auf den Tumorstoffwechsel untersucht. Der Vergleich von zwei humanen Plattenepithelkarzinomlinien des Kopf-Hals-Bereichs im Verlauf einer fraktionierten Strahlentherapie zeigt deutliche Unterschiede zwischen strahlenresistenten und strahlensensiblen Tumoren. In der strahlenempfindlichen Tumorlinie UT-SCC 14 treten nach Bestrahlung mit drei Fraktionen in der Expression glykolyse-assoziierter Gene und nach zehn Fraktionen im ATP- und Laktatgehalt signifikante Veränderungen auf. Im Gegensatz dazu wird bei der strahlenresistenten Linie UT-SCC 5 lediglich eine Absenkung des Laktatgehaltes nach zehn Fraktionen beobachtet, nicht jedoch des ATP-Gehalts. Die mRNA-Expression wird in UT-SCC 5 nicht durch eine fraktionierte Bestrahlung verändert. Diese Ergebnisse liefern erste Hinweise, dass das mRNA-Expressionslevel und der Metabolitgehalt frühe Marker für das Ansprechen auf eine Strahlentherapie sein können.rn

Genome-wide association study identifies new HLA class II haplotypes strongly protective against narcolepsy

Narcolepsy is a rare sleep disorder with the strongest human leukocyte antigen (HLA) association ever reported. Since the associated HLA-DRB1*1501-DQB1*0602 haplotype is common in the general population (15-25%), it has been suggested that it is almost necessary but not sufficient for developing narcolepsy. To further define the genetic basis of narcolepsy risk, we performed a genome-wide association study (GWAS) in 562 European individuals with narcolepsy (cases) and 702 ethnically matched controls, with independent replication in 370 cases and 495 controls, all heterozygous for DRB1*1501-DQB1*0602. We found association with a protective variant near HLA-DQA2 (rs2858884; P < 3 x 10(-8)). Further analysis revealed that rs2858884 is strongly linked to DRB1*03-DQB1*02 (P < 4 x 10(-43)) and DRB1*1301-DQB1*0603 (P < 3 x 10(-7)). Cases almost never carried a trans DRB1*1301-DQB1*0603 haplotype (odds ratio = 0.02; P < 6 x 10(-14)). This unexpected protective HLA haplotype suggests a virtually causal involvement of the HLA region in narcolepsy susceptibility.

Deletions of 11q22.3-q25 are associated with atypical lung carcinoids and poor clinical outcome

Carcinoids are slow-growing neuroendocrine tumors that, in the lung, can be subclassified as typical (TC) or atypical (AC). To identify genetic alterations that improve the prediction of prognosis, we investigated 34 carcinoid tumors of the lung (18 TCs, 15 ACs, and 1 unclassified) by using array comparative genomic hybridization (array CGH) on 3700 genomic bacterial artificial chromosome arrays (resolution ?1 Mb). When comparing ACs with TCs, the data revealed: i) a significant difference in the average number of chromosome arms altered (9.6 versus 4.2, respectively; P = 0.036), with one subgroup of five ACs having more than 15 chromosome arms altered; ii) chromosomal changes in 30% of ACs or more with additions at 9q (?1 Mb) and losses at 1p, 2q, 10q, and 11q; and iii) 11q deletions in 8 of 15 ACs versus 1 of 18 TCs (P = 0.004), which was confirmed via fluorescence in situ hybridization. The four critical regions of interest in 45% ACs or more comprised 11q14.1, 11q22.1-q22.3, 11q22.3-q23.2, and 11q24.2-q25, all telomeric of MEN1 at 11q13. Results were correlated with patient clinical data and long-term follow-up. Thus, there is a strong association of 11q22.3-q25 loss with poorer prognosis, alone or in combination with absence of 9q34.11 alterations (P = 0.0022 and P = 0.00026, respectively).

Persistent decline in estimated but not measured glomerular filtration rate on tenofovir may reflect tubular rather than glomerular toxicity

Tenofovir disoproxil fumarate (TDF) has been associated with proximal renal tubulopathy and reduction in estimated glomerular filtration rate (eGFR), without accounting for the tubular secretion of creatinine.

A comparison of measured and estimated glomerular filtration rate in successfully treated HIV-patients with preserved renal function

Monitoring of renal function becomes increasingly important in the aging population of HIV-1 infected patients. We compared Cockroft & Gault (C&G), Chronic Kidney Disease Epidemiology Collaboration (CKD-EPI), Modification of Diet in Renal Disease (MDRD), Cystatin C- and 24 h urine-based estimated GFR (eGFR) with the gold standard, measured GFR (mGFR) using [125I]-iothalamate.

Liver breath tests non-invasively predict higher stages of non-alcoholic steatohepatitis

Effectively assessing subtle hepatic metabolic functions by novel non-invasive tests might be of clinical utility in scoring NAFLD (non-alcoholic fatty liver disease) and in identifying altered metabolic pathways. The present study was conducted on 39 (20 lean and 19 obese) hypertransaminasemic patients with histologically proven NAFLD {ranging from simple steatosis to severe steatohepatitis [NASH (non-alcoholic steatohepatitis)] and fibrosis} and 28 (20 lean and eight overweight) healthy controls, who underwent stable isotope breath testing ([(13)C]methacetin and [(13)C]ketoisocaproate) for microsomal and mitochondrial liver function in relation to histology, serum hyaluronate, as a marker of liver fibrosis, and body size. Compared with healthy subjects and patients with simple steatosis, NASH patients had enhanced methacetin demethylation (P=0.001), but decreased (P=0.001) and delayed (P=0.006) ketoisocaproate decarboxylation, which was inversely related (P=0.001) to the degree of histological fibrosis (r=-0.701), serum hyaluronate (r=-0.644) and body size (r=-0.485). Ketoisocaproate decarboxylation was impaired further in obese patients with NASH, but not in patients with simple steatosis and in overweight controls. NASH and insulin resistance were independently associated with an abnormal ketoisocaproate breath test (P=0.001). The cut-off value of 9.6% cumulative expired (13)CO(2) for ketoisocaproate at 60 min was associated with the highest prediction (positive predictive value, 0.90; negative predictive value, 0.73) for NASH, yielding an overall sensitivity of 68% and specificity of 94%. In conclusion, both microsomal and mitochondrial functions are disturbed in NASH. Therefore stable isotope breath tests may usefully contribute to a better and non-invasive characterization of patients with NAFLD.

Terlipressin as an adjunct vasopressor in refractory hypotension after tricyclic antidepressant intoxication

AIM OF STUDY: To report the management of cardiovascular failure refractory to standard catecholamine therapy with terlipressin in a patient with tricyclic antidepressant (TCA) intoxication. CASE REPORT: A 41-year-old woman, with suicidal ingestion of 11.25 g amitriptyline and 1500 mg diclofenac, was admitted to the emergency department. After 30 min in ventricular fibrillation, with ongoing CPR, she regained a potentially perfusing rhythm, but with hypotension refractory to standard catecholamine therapy with adrenaline, 2 microg/kg/min (norepinephrine); adrenaline, 1 microg/kg/min (epinephrine) until 55 min after admission. An injection of 1 mg terlipressin restored mean arterial blood pressure >65 mmHg within 10 min. Ten hours after admission to the intensive care unit, catecholamine support could be withdrawn because of a stable haemodynamic state. Within 7 days, all organ function recovered, and the patient regained full neurological function. CONCLUSIONS: Successful management of cardiovascular failure with terlipressin after TCA intoxication refractory to catecholamines suggests a potential role for terlipressin as an adjunct vasopressor in severely hypotensive patients.

Development of a genotyping microarray for Usher syndrome

BACKGROUND: Usher syndrome, a combination of retinitis pigmentosa (RP) and sensorineural hearing loss with or without vestibular dysfunction, displays a high degree of clinical and genetic heterogeneity. Three clinical subtypes can be distinguished, based on the age of onset and severity of the hearing impairment, and the presence or absence of vestibular abnormalities. Thus far, eight genes have been implicated in the syndrome, together comprising 347 protein-coding exons. METHODS: To improve DNA diagnostics for patients with Usher syndrome, we developed a genotyping microarray based on the arrayed primer extension (APEX) method. Allele-specific oligonucleotides corresponding to all 298 Usher syndrome-associated sequence variants known to date, 76 of which are novel, were arrayed. RESULTS: Approximately half of these variants were validated using original patient DNAs, which yielded an accuracy of >98%. The efficiency of the Usher genotyping microarray was tested using DNAs from 370 unrelated European and American patients with Usher syndrome. Sequence variants were identified in 64/140 (46%) patients with Usher syndrome type I, 45/189 (24%) patients with Usher syndrome type II, 6/21 (29%) patients with Usher syndrome type III and 6/20 (30%) patients with atypical Usher syndrome. The chip also identified two novel sequence variants, c.400C>T (p.R134X) in PCDH15 and c.1606T>C (p.C536S) in USH2A. CONCLUSION: The Usher genotyping microarray is a versatile and affordable screening tool for Usher syndrome. Its efficiency will improve with the addition of novel sequence variants with minimal extra costs, making it a very useful first-pass screening tool.

Identification of novel mutations in X-linked retinitis pigmentosa families and implications for diagnostic testing

PURPOSE: The goal of this study was to identify mutations in X-chromosomal genes associated with retinitis pigmentosa (RP) in patients from Germany, The Netherlands, Denmark, and Switzerland. METHODS: In addition to all coding exons of RP2, exons 1 through 15, 9a, ORF15, 15a and 15b of RPGR were screened for mutations. PCR products were amplified from genomic DNA extracted from blood samples and analyzed by direct sequencing. In one family with apparently dominant inheritance of RP, linkage analysis identified an interval on the X chromosome containing RPGR, and mutation screening revealed a pathogenic variant in this gene. Patients of this family were examined clinically and by X-inactivation studies. RESULTS: This study included 141 RP families with possible X-chromosomal inheritance. In total, we identified 46 families with pathogenic sequence alterations in RPGR and RP2, of which 17 mutations have not been described previously. Two of the novel mutations represent the most 3'-terminal pathogenic sequence variants in RPGR and RP2 reported to date. In exon ORF15 of RPGR, we found eight novel and 14 known mutations. All lead to a disruption of open reading frame. Of the families with suggested X-chromosomal inheritance, 35% showed mutations in ORF15. In addition, we found five novel mutations in other exons of RPGR and four in RP2. Deletions in ORF15 of RPGR were identified in three families in which female carriers showed variable manifestation of the phenotype. Furthermore, an ORF15 mutation was found in an RP patient who additionally carries a 6.4 kbp deletion downstream of the coding region of exon ORF15. We did not identify mutations in 39 sporadic male cases from Switzerland. CONCLUSIONS: RPGR mutations were confirmed to be the most frequent cause of RP in families with an X-chromosomal inheritance pattern. We propose a screening strategy to provide molecular diagnostics in these families.