Elektrophysiologische Charakterisierung und PKC-vermittelte Regulation des humanen Transporters für basische Aminosäuren hCAT-1

ZusammenfassungDer humane kationische Aminosäure-Transporter hCAT-1 (CAT für cationic amino acid transporter) gehört zur Familie der Na+- und pH-unabhängigen Transporter für basische Aminosäuren (BAS). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit unterschiedlichen Aspekten des hCAT-1-vermittelten Transportes, die in zwei Teilabschnitten behandelt werden. Im ersten Abschnitt wurden die Transporteigenschaften von hCAT-1-exprimierenden X. laevis-Oozyten mit Hilfe von elektrophysiologischen Methoden untersucht und mit denen der Isoformen hCAT-2A und -2B verglichen. Dabei zeigte sich, dass es durch die Expression von hCAT-2A und -2B in Oozyten zur Bildung eines BAS-Potentiales kommt, jedoch nicht durch die Expression von hCAT-1. Hierfür dürfte die hohe Transstimulierbarkeit des hCAT-1-Proteins verantwortlich sein. Obwohl das Membranpotential einer Zelle die Akkumulation von BAS durch die hCAT-Proteine beeinflusst, war bei sehr hohen extrazellulären BAS-Konzentrationen die Akkumulation durch hCAT-1 und -2B im Gegensatz zu hCAT-2A nicht vom Membranpotential abhängig, da unter diesen Bedingungen der Efflux limitierend wirkte. Mit Hilfe der voltage clamp-Methode wurden die L-Arginin-induzierten Maximalströme (Vmax) und die Leitfähigkeiten der hCAT-Proteine bestimmt. Die so ermittelten Vmax-Werte sind nur halb so groß wie die durch Flux-Studien bestimmten. Daher muss von einem Gegentransport an positiver Ladung (Substrat) ausgegangen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die hCAT-Isoformen zwei unterschiedliche Leitfähigkeitszustände für BAS besitzen, die von der intrazellulären BAS-Konzentration abhängig sind. Eine Leitfähigkeitszunahme durch Zugabe von extrazellulärem L-Arginin konnte bei allen hCAT-Isoformen in depletierten Oozyten beobachtet werden. In BAS-beladenen Oozyten führte die Zugabe von L-Arginin dagegen zu keiner (hCAT-1 und hCAT-2B) bzw. zu einer geringen (hCAT-2A) Zunahme der Leitfähigkeit der Transporter. Im Substratgleichgewicht jedoch nahm die Leitfähigkeit der drei untersuchten hCAT-Isoformen in Abhängigkeit von der Substratkonzentration zu. Überraschenderweise wurden für die untersuchten hCAT-Isoformen Leck-Ströme in Abwesenheit von BAS nachgewiesen. An hCAT-2B-exprimierenden Oozyten wurde eine erhöhte Leitfähigkeit für K+-Ionen gezeigt. Die physiologische Bedeutung dieser Kanalfunktion ist jedoch noch völlig ungeklärt. Im zweiten Abschnitt wurde der Mechanismus der Proteinkinase C (PKC)-vermittelten Inhibition der hCAT-1-Transportaktivität untersucht. Hierfür wurden hCAT-1.EGFP-Konstrukte in Oozyten und in U373MG Glioblastom-Zellen exprimiert. Mit Hilfe konfokaler Mikroskopie und Western-Blot-Analysen von biotinylierten Zelloberflächen-Proteinen wurde gezeigt, dass die PKC-vermittelte Reduktion der hCAT-1-Transportaktivität auf einer Reduktion der hCAT-Expression an der Zelloberfläche beruht. Ähnliche Ergebnisse wurden auch mit dem endogen in humanen DLD-1 Kolonkarzinom-Zellen exprimierten hCAT-1 erzielt. Der PKC-Effekt war auch noch nach Entfernung der putativen PKC-Erkennungsstellen am hCAT-1-Protein vorhanden. Daher reguliert die PKC die hCAT-1-Transportaktivität vermutlich über einen indirekten Mechanismus, d. h. nicht über eine direkte Phosphorylierung des hCAT-1-Proteins. Die Veränderung der Zelloberflächenexpression stellt einen neuen Regulationsmechanismus für die CAT-Proteine dar, der erklären kann, warum sich Modifikationen in der CAT-Proteinexpression oft nicht in entsprechenden Veränderungen der Transportaktivität widerspiegeln.

Einfluss einer Schwerionenbestrahlung auf das Migrationsverhalten von Tumorzellen

Die Bildung von Metastasen und Rezidiven stellt ein großes Problem für eine erfolgreiche Therapie solider maligner Tumoren dar. Dabei ist die Rolle der angewendeten Therapiever-fahren in der Induktion metastasierender Zellen vor allem für eine Schwerionentherapie noch weitestgehend unklar. Die für die Metastasierung entscheidende Tumorzellmigration wurde daher unter dem Einfluss von Röntgen- und Schwerionenstrahlung untersuchen. Dazu wurden drei humane Tumorzelllinien (Gliomzelllinie U87 und kolorektale Zelllinien HCT116 und HCT116 p21-/-) unter standardisierten Bedingungen in einer Boydenkammer direkt und 24 Stunden nach Bestrahlung in vitro auf ihr Migrationsverhalten untersucht. Um mögliche Än-derungen migrationsrelevanter Proteine zu bestimmen, wurden zu denselben Zeitpunkten Zelllysate hergestellt und die Expression der Integrine b1 und b3 sowie der Proteinkinase B Isoformen Akt1 und Akt2 und deren Phosphorylierung untersucht. Gezeigt werden konnten sowohl zelllinien- als auch strahlenspezifische Unterschiede in der Migration und der Proteinexpressionen. Dabei konnten die beobachteten Migrationsänderungen nur zum Teil (vor allem nach Röntgenbestrahlung) durch die veränderte Expressionen der untersuchten Proteine erklärt werden. Daher ist zu vermuten, dass den strahleninduzierten Veränderungen der Migration der verwendeten Zelllinien verschiedene Mechanis-men zugrunde liegen, die auf der Expression unterschiedlicher Proteine beruhen. Bestrahlungen mit 12C-Ionen scheinen prinzipiell andere Expressionsmuster zu induzieren als konventionelle Strahlung und die hier untersuchten Proteine in der Migration der Zellen daher nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Auffällig waren die deutlich zelllinienspezifischen Unterschiede in der Migration nach Röntgenbestrahlung. Dort wurde ein zum Teil erhöhtes Migrationspotential nach klinisch relevanten Bestrahlungsdosen von U87 Gliomzellen festgestellt. Die Migrationsaktivität von kolorektalen Zelllinien hingegen nahm nach Bestrahlung ab. Nach Schwerionenbestrahlung wurden für alle Zelllinien signifikante Abnahmen der Migration festgestellt. Die hier erhaltenen Ergebnisse können aufgrund einer Vielzahl pro- und antimigratorischer Signale im Tumorgewebe nicht direkt in die in vivo Situation übertragen werden, doch können sie durchaus als Hinweise für die Abschätzung eines veränderten Metastasierungsrisikos dienen. Für kolorektale Zellen, unabhängig von ihrem p21-Status scheint eine Behandlung mit Röntgenstrahlen eher nicht mit einem erhöhten Migrationsrisiko einherzugehen. Anders ist dies bei den hier untersuchten Gliomzellen U87. Hier kann ein strahleninduziertes Metastasierungsrisiko aufgrund der erzielten Ergebnisse keinesfalls ausgeschlossen werden. Aus dieser Sicht scheint eine Behandlung von Gliomen mit 12C-Ionen vorteilhafter, da eine sehr gute reproduzierbare strahlenvermittelte Migrationshemmung beobachtet wurde.

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.

Pharmakologische Hemmung strahleninduzierter Tumorzell-Endothelzell-Interaktionen in vitro und Metastasierungsprozesse in vivo

Exposition von Endothelzellen mit ionisierender Strahlung (IR) oder Behandlung mit inflammatorischen Zytokinen (z. B. TNFa) induziert über eine Rho-GTPasen abhängige NF-kB-Aktivierung die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle, u. a. auch von E-Selektin. E-Selektin vermittelt die Adhäsion von Tumorzellen (TC) an Endothelzellen und ist daher vermutlich an der Extravasation von zirkulierenden Tumorzellen beteiligt. HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine), welche eine breite klinische Anwendung als Lipidsenker erfahren, sind in der Lage, Rho-GTPasen und die durch sie vermittelten Signalwege zu hemmen. Daher sollten Statine wie Lovastatin auch Zell-Zell-Adhäsionsvorgänge beeinflussen. Die vorliegende Arbeit widmet sich den Mechanismen, mit denen IR und TNF in Endothel- und/oder Tumorzellen pro-adhäsive Faktoren induzieren können und ob diese Effekte durch Lovastatin beeinflussbar sind. Zu diesem Zweck wurde mittels eines ELISA-basierenden Zelladhäsions-Assays die Auswirkung von IR und TNF auf Zell-Zell-Kontakte zwischen humanen Tumorzellen (u. a. Kolonkarzinomzellen (HT29)) und humanen, venösen Nabelschnurendothelzellen (HUVEC) analysiert. Zudem wurden die Effekte einer Lovastatinvorbehandlung von TC und/oder HUVEC auf TC-HUVEC-Adhäsion untersucht. Des Weiteren wurden die Wirkungen des sLex-Mimetikums Glycyrrhizin und des Rac1-spezifischen „small-molecule“ Inhibitors NSC23766 auf TC-HUVEC-Adhäsion überprüft. Zusätzlich wurde die strahleninduzierbare mRNA-Expression von diversen Zelladhäsionsmolekülen, Metastasierungsfaktoren und DNA-Reparatur-Genen mittels qRT-PCR (Real-Time Analysen) quantitativ erfasst. Um die erhaltenen in vitro Ergebnisse auch in vivo zu bestätigen, untersuchten wir den Effekt einer Ganzkörperbestrahlung (TBI) von BALB/c-Mäusen auf die Expression von pro-adhäsiven Faktoren. Zur Analyse der Tumorzell-Extravasation wurden Tumorzellen in die laterale Schwanzvene immundefizienter Mäuse injiziert und anschließend eine Ganzkörperbestrahlung durchgeführt (4 Gy). Nach einer Wartezeit von 4 Wochen wurde ein erhöhtes Auftreten von Lungenmetastasen beobachtet, welches durch Vorbehandlung der Tiere mit Statinen, NSC23766 oder Glycyrrhizin blockiert werden konnte. Zusammenfassend konnte somit ein Einfluss von IR auf die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle in vitro und auf die Extravasation zirkulierender Tumorzellen in vivo festgestellt werden. Diese pro-metastatischen Strahleneffekte konnten durch pharmakologische Hemmung Rho-regulierter Signalwege abgeschwächt werden.

Einfluss einer indirekten pharmazeutischen Betreuung auf klinische und soziale Ergebnisse bei ambulant mit Chemotherapie behandelten Tumorpatienten

Krebspatienten, die eine Chemotherapie erhalten, leiden häufig an schwerwiegenden unerwünschten Arzneimittelwirkungen, wie z.B. Übelkeit und Erbrechen, welche nachweislich durch eine geeignete Supportivmedikation und durch eine direkte pharmazeutische Betreuung gesenkt werden können.rnIn dieser Arbeit wurde in einer prospektiven, nicht-interventionellen multizentrischen Studie untersucht, ob ambulant behandelte Mamma- und Colon-Carcinom-Patienten während der Chemotherapie Vorteile durch eine indirekte pharmazeutische Betreuung (Mitgabe einer schriftlichen Patienteninformation und der Begleitmedikamente) haben. Primäres Ziel der Studie war eine Reduktion von Häufigkeit und Schweregrad ausgewählter UAW, sekundäre Ziele waren die Verbesserung der Lebensqualität, der Patientenzufriedenheit und des Patientenwissens zur Therapie und Begleitmedikation. Die Daten wurden mittels vier verschiedener Patienten-Fragebögen in Form von Telefoninterviews zu drei verschiedenen Zeitpunkten der Chemotherapie erhoben.rnInsgesamt konnten 106 Patienten vom St.-Johannes-Hospital in Dortmund und von der Universitätsmedizin Mainz in die Studie eingeschlossen werden. Die UAW nach Häufigkeit und Schweregrad gemäß CTC konnten durch eine indirekte pharmazeutische Betreuung zu allen drei Zeitpunkten der Datenerfassung z.T. signifikant gesenkt werden. Eine Verbesserung konnte auch bei allen humanistischen Ergebnisparametern (Patientenwissen, Lebensqualität, Patientenzufriedenheit) beobachtet werden. Auf Grund der relativ kleinen, nicht vollständig rekrutierten Kontrollgruppe und den unterschiedlichen Rahmenbedingungen an den teilnehmenden Kliniken, sind weitere vergleichende Untersuchungen erforderlich, um den Nutzen einer indirekten pharmazeutischen Betreuung weiter zu belegen. rn

De novo ceramide biosynthesis is associated with resveratrol-induced inhibition of ornithine decarboxylase activity

Previous studies could demonstrate, that the naturally occuring polyphenol resveratrol inhibits cell growth of colon carcinoma cells at least in part by inhibition of protooncogene ornithine decarboxylase (ODC). The objective of this study was to provide several lines of evidence suggesting that the induction of ceramide synthesis is involved in this regulatory mechanisms. Cell growth was determined by BrdU incorporation and crystal violet staining. Ceramide concentrations were detected by HPLC-coupled mass-spectrometry. Protein levels were examined by Western blot analysis. ODC activity was assayed radiometrically measuring [(14)CO(2)]-liberation. A dominant-negative PPARgamma mutant was transfected in Caco-2 cells to suppress PPARgamma-mediated functions. Antiproliferative effects of resveratrol closely correlate with a dose-dependent increase of endogenous ceramides (p<0.001). Compared to controls the cell-permeable ceramide analogues C2- and C6-ceramide significantly inhibit ODC-activity (p<0.001) in colorectal cancer cells. C6-ceramide further diminished protein levels of protooncogenes c-myc (p<0.05) and ODC (p<0.01), which is strictly related to the ability of ceramides to inhibit cell growth in a time- and dose-dependent manner. These results were further confirmed using inhibitors of sphingolipid metabolism, where only co-incubation with a serine palmitoyltransferase (SPT) inhibitor could significantly counteract resveratrol-mediated actions. These data suggest that the induction of ceramide de novo biosynthesis but not hydrolysis of sphingomyelin is involved in resveratrol-mediated inhibition of ODC. In contrast to the regulation of catabolic spermidine/spermine acetyltransferase by resveratrol, inhibitory effects on ODC occur PPARgamma-independently, indicating independent pathways of resveratrol-action. Due to our findings resveratrol could show great chemopreventive and therapeutic potential in the treatment of colorectal cancers.

Taurolidine in the prevention and therapy of lung metastases

OBJECTIVE: During surgery for colon carcinoma, tumour cells may spread into the blood and may lead to the development of distant metastases. The most frequent sites of metastases are the liver and lungs. A new therapeutic approach is required to prevent tumour implantation of freely circulating tumour cells during and after surgery and to treat established metastases. The aim of this prospective study was to observe the influence of long-term intravenous taurolidine on the development of lung metastases after intravenous injection of colon adenocarcinoma cells. METHODS: Tumour cells (DHD/K12/TRb colon adenocarcinoma cell line, 1 x 10(6) cells) were injected into the right vena jugularis interna of BDIX rats. The animals (n=13) were randomised into three groups: group 1: tumour cell implantation without taurolidine application (control group); group 2: tumour cell implantation and simultaneous start of the taurolidine injection through osmotic pump, removal of the osmotic pump on day 7; group 3: tumour cell implantation on day 0 and start of the taurolidine injection through osmotic pump on day 14. RESULTS: In the taurolidine groups, the number and size of lung metastases were significantly lower compared to the control group (p=0.018; p=0.018 and p=0.036; p=0.018). Although the results of the intravenous long-term therapy with taurolidine in group 2 did not reach statistical significance in comparison with the results of group 3, a positive trend was revealed: The mean number of metastases in group 2 was 18.2 versus 28.2 in group 3. CONCLUSIONS: The application of taurolidine tends to prevent the development of lung metastases. Furthermore, taurolidine seems to reduce established lung metastases in this in vivo model. Taurolidine may offer additional therapeutic options in patients with colon adenocarcinoma.

Gene therapy of cancer: Mechanisms of ``bystander effect'' killing in cells expressing the herpes simplex virus-thymidine kinase gene and its potential clinical applications

At the fore-front of cancer research, gene therapy offers the potential to either promote cell death or alter the behavior of tumor-cells. One example makes use of a toxic phenotype generated by the prodrug metabolizing gene, thymidine kinase (HSVtk) from the Herpes Simplex Virus. This gene confers selective toxicity to a relatively nontoxic prodrug, ganciclovir (GCV). Tumor cells transduced with the HSVtk gene are sensitive to 1-50 $\mu$M GCV; normal tissue is insensitive up to 150-250 $\mu$M GCV. Utilizing these different sensitivities, it is possible to selectively ablate tumor cells expressing this gene. Interestingly, if a HSVtk$\sp+$ expressing population is mixed with a HSVtk$\sp-$ population at high density, all the cells are killed after GCV administration. This phenomenon for killing all neighboring cells is termed the "bystander effect", which is well documented in HSVtk$\sp-$ GCV systems, though its exact mechanism of action is unclear.^ Using the mouse colon carcinoma cell line CT26, data are presented supporting possible mechanisms of "bystander effect" killing of neighboring CT26-tk$\sp-$cells. A major requirement for bystander killing is the prodrug GCV: as dead or dying CT26tk$\sp+$ cells have no toxic effect on neighboring cells in its absence. In vitro, it appears the bystander effect is due to transfer of toxic GCV-metabolites, through verapamil sensitive intracellular-junctions. Additionally, possible transfer of the HSVtk enzyme to bystander cells after GCV addition, may play a role in bystander killing. A nude mouse model suggests that in a 50/50 (tk$\sp+$/tk$\sp-$) mixture of CT26 cells the bystander eradication of tumors does not involve an immune component. Additionally in a possible clinical application, the "bystander effect" can be directly exploited to eradicate preexisting CT26 colon carcinomas in mice by intratumoral implantation of viable or lethally irradiated CT26tk$\sp+$ cells and subsequent GCV administration. Lastly, an application of this toxic phenotype gene to a clinical marking protocol utilizing a recombinant adenoviral vector carrying the bifunctional protein GAL-TEK to eradicate spontaneously-arisen or vaccine-induced fibrosarcomas in cats is demonstrated. ^

Jejunitis and brown bowel syndrome with multifocal carcinogenesis of the small bowel

This is the first report describing a case where prolonged, severe malabsorption from brown bowel syndrome progressed to multifocally spread small bowel adenocarcinoma. This case involves a female patient who was initially diagnosed with chronic jejunitis associated with primary diffuse lymphangiectasia at the age of 26 years. The course of the disease was clinically, endoscopically, and histologically followed for 21 years until her death at the age 47 due to multifocal, metastasizing adenocarcinoma of the small bowel. Multiple lipofuscin deposits (so-called brown bowel syndrome) and severe jejunitis were observed microscopically, and sections of the small bowel showed dense lymphoplasmacytic infiltration of the lamina propria as well as blocked lymphatic vessels. After several decades, multifocal nests of adenocarcinoma cells and extensive, flat, neoplastic mucosal proliferations were found only in the small bowel, along with a loss of the mismatch repair protein MLH1 as a long-term consequence of chronic jejunitis with malabsorption. No evidence was found for hereditary nonpolyposis colon carcinoma syndrome. This article demonstrates for the first time multifocal carcinogenesis in the small bowel in a malabsorption syndrome in an enteritis-dysplasia-carcinoma sequence.

p53-dependent regulation of MDR1 gene expression causes selective resistance to chemotherapeutic agents

Loss of functional p53 paradoxically results in either increased or decreased resistance to chemotherapeutic drugs. The inconsistent relationship between p53 status and drug sensitivity may reflect p53’s selective regulation of genes important to cytotoxic response of chemotherapeutic agents. We reasoned that the discrepant effects of p53 on chemotherapeutic cytotoxicity is due to p53-dependent regulation of the multidrug resistance gene (MDR1) expression in tumors that normally express MDR1. To test the hypothesis that wild-type p53 regulates the endogenous mdr1 gene we stably introduced a trans-dominant negative (TDN) p53 into rodent H35 hepatoma cells that express P-glycoprotein (Pgp) and have wild-type p53. Levels of Pgp and mdr1a mRNA were markedly elevated in cells expressing TDN p53 and were linked to impaired p53 function (both transactivation and transrepression) in these cells. Enhanced mdr1a gene expression in the TDN p53 cells was not secondary to mdr1 gene amplification and Pgp was functional as demonstrated by the decreased uptake of vinblastine. Cytotoxicity assays revealed that the TDN p53 cell lines were selectively insensitive to Pgp substrates. Sensitivity was restored by the Pgp inhibitor reserpine, demonstrating that only drug retention was the basis for loss of drug sensitivity. Similar findings were evident in human LS180 colon carcinoma cells engineered to overexpress TDN p53. Therefore, the p53 inactivation seen in cancers likely leads to selective resistance to chemotherapeutic agents because of up-regulation of MDR1 expression.

The R1 component of mammalian ribonucleotide reductase has malignancy-suppressing activity as demonstrated by gene transfer experiments

Our recent studies have shown that deregulated expression of R2, the rate-limiting component of ribonucleotide reductase, enhances transformation and malignant potential by cooperating with activated oncogenes. We now demonstrate that the R1 component of ribonucleotide reductase has tumor-suppressing activity. Stable expression of a biologically active ectopic R1 in ras-transformed mouse fibroblast 10T½ cell lines, with or without R2 overexpression, led to significantly reduced colony-forming efficiency in soft agar. The decreased anchorage independence was accompanied by markedly suppressed malignant potential in vivo. In three ras-transformed cell lines, R1 overexpression resulted in abrogation or marked suppression of tumorigenicity. In addition, the ability to form lung metastases by cells overexpressing R1 was reduced by >85%. Metastasis suppressing activity also was observed in the highly malignant mouse 10T½ derived RMP-6 cell line, which was transformed by a combination of oncogenic ras, myc, and mutant p53. Furthermore, in support of the above observations with the R1 overexpressing cells, NIH 3T3 cells cotransfected with an R1 antisense sequence and oncogenic ras showed significantly increased anchorage independence as compared with control ras-transfected cells. Finally, characteristics of reduced malignant potential also were demonstrated with R1 overexpressing human colon carcinoma cells. Taken together, these results indicate that the two components of ribonucleotide reductase both are unique malignancy determinants playing opposing roles in its regulation, that there is a novel control point important in mechanisms of malignancy, which involves a balance in the levels of R1 and R2 expression, and that alterations in this balance can significantly modify transformation, tumorigenicity, and metastatic potential.

Expression cloning of cDNA encoding a human β-1,3-N-acetylglucosaminyltransferase that is essential for poly-N-acetyllactosamine synthesis

The structure and biosynthesis of poly-N-acetyllactosamine display a dramatic change during development and oncogenesis. Poly-N-acetyllactosamines are also modified by various carbohydrate residues, forming functional oligosaccharides such as sialyl Lex. Herein we describe the isolation and functional expression of a cDNA encoding β-1,3-N-acetylglucosaminyltransferase (iGnT), an enzyme that is essential for the formation of poly-N-acetyllactosamine. For this expression cloning, Burkitt lymphoma Namalwa KJM-1 cells were transfected with cDNA libraries derived from human melanoma and colon carcinoma cells. Transfected Namalwa cells overexpressing the i antigen were continuously selected by fluorescence-activated cell sorting because introduced plasmids containing Epstein–Barr virus replication origin can be continuously amplified as episomes. Sibling selection of plasmids recovered after the third consecutive sorting resulted in a cDNA clone that directs the increased expression of i antigen on the cell surface. The deduced amino acid sequence indicates that this protein has a type II membrane protein topology found in almost all mammalian glycosyltransferases cloned to date. iGnT, however, differs in having the longest transmembrane domain among glycosyltransferases cloned so far. The iGnT transcript is highly expressed in fetal brain and kidney and adult brain but expressed ubiquitously in various adult tissues. The expression of the presumed catalytic domain as a fusion protein with the IgG binding domain of protein A enabled us to demonstrate that the cDNA encodes iGnT, the enzyme responsible for the formation of GlcNAcβ1 → 3Galβ1 → 4GlcNAc → R structure and poly-N-acetyllactosamine extension.

Guanylyl cyclase C is a selective marker for metastatic colorectal tumors in human extraintestinal tissues

Guanylyl cyclase C (GCC) has been detected only in intestinal mucosa and colon carcinoma cells of placental mammals. However, this receptor has been identified in several tissues in marsupials, and its expression has been suggested in tissues other than intestine in placental mammals. Selective expression of GCC by colorectal tumor cells in extraintestinal tissues would permit this receptor to be employed as a selective marker for metastatic disease. Thus, expression of GCC was examined in human tissues and tumors, correlating receptor function with detection by PCR. GCC was detected by ligand binding and catalytic activation in normal intestine and primary and metastatic colorectal tumors, but not in extraintestinal tissues or tumors. Similarly, PCR yielded GCC-specific amplification products with specimens from normal intestine and primary and metastatic colorectal tumors, but not from extraintestinal tissues or tumors. Northern blot analysis employing GCC-specific probes revealed an ≈4-kb transcript, corresponding to recombinant GCC, in normal intestine and primary and metastatic colorectal tumors, but not in extraintestinal tissues. Thus, GCC is selectively expressed in intestine and colorectal tumors in humans and appears to be a relatively specific marker for metastatic cancer cells in normal tissues. Indeed, PCR of GCC detected tumor cells in blood from some patients with Dukes B colorectal cancer and all patients examined with Dukes C and D colorectal cancer, but not in that from normal subjects or patients with Dukes A colon carcinoma or other nonmalignant intestinal pathologies.

High-resolution microPET imaging of carcinoembryonic antigen-positive xenografts by using a copper-64-labeled engineered antibody fragment

Rapid imaging by antitumor antibodies has been limited by the prolonged targeting kinetics and clearance of labeled whole antibodies. Genetically engineered fragments with rapid access and high retention in tumor tissue combined with rapid blood clearance are suitable for labeling with short-lived radionuclides, including positron-emitting isotopes for positron-emission tomography (PET). An engineered fragment was developed from the high-affinity anticarcinoembryonic antigen (CEA) monoclonal antibody T84.66. This single-chain variable fragment (Fv)-CH3, or minibody, was produced as a bivalent 80 kDa dimer. The macrocyclic chelating agent 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-N,N′,N′′, N′′′-tetraacetic acid (DOTA) was conjugated to the anti-CEA minibody for labeling with copper-64, a positron-emitting radionuclide (t1/2 = 12.7 h). In vivo distribution was evaluated in athymic mice bearing paired LS174T human colon carcinoma (CEA positive) and C6 rat glioma (CEA negative) xenografts. Five hours after injection with 64Cu-DOTA-minibody, microPET imaging showed high uptake in CEA-positive tumor (17.9% injected dose per gram ± 3.79) compared with control tumor (6.0% injected dose per gram ± 1.0). In addition, significant uptake was seen in liver, with low uptake in other tissues. Average target/background ratios relative to neighboring tissue were 3–4:1. Engineered antibody fragments labeled with positron-emitting isotopes such as copper-64 provide a new class of agents for PET imaging of tumors.

Prostacyclin-mediated activation of peroxisome proliferator-activated receptor δ in colorectal cancer

There is evidence from both genetic and pharmacologic studies to suggest that the cyclooxygenase-2 (COX-2) enzyme plays a causal role in the development of colorectal cancer. However, little is known about the identity or role of the eicosanoid receptor pathways activated by COX-derived prostaglandins (PG). We previously have reported that COX-2-derived prostacyclin promotes embryo implantation in the mouse uterus via activation of the nuclear hormone receptor peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) δ. In light of the recent finding that PPARδ is a target of β-catenin transactivation, it is important to determine whether this signaling pathway is operative during the development of colorectal cancer. Analysis of PPARδ mRNA in matched normal and tumor samples revealed that expression of PPARδ, similar to COX-2, is up-regulated in colorectal carcinomas. In situ hybridization studies demonstrate that PPARδ is expressed in normal colon and localized to the epithelial cells at the very tips of the mucosal glands. In contrast, expression of PPARδ mRNA in colorectal tumors was more widespread with increased levels in transformed epithelial cells. Analysis of PPARδ and COX-2 mRNA in serial sections suggested they were colocalized to the same region within a tumor. Finally, transient transfection assays established that endogenously synthesized prostacyclin (PGI2) could serve as a ligand for PPARδ. In addition, the stable PGI2 analog, carbaprostacyclin, and a synthetic PPARδ agonist induced transactivation of endogenous PPARδ in human colon carcinoma cells. We conclude from these observations that PPARδ, similar to COX-2, is aberrantly expressed in colorectal tumors and that endogenous PPARδ is transcriptionally responsive to PGI2. However, the functional consequence of PPARδ activation in colon carcinogenesis still needs to be determined.