Immunohistochemical investigation of the angiogenic proteins VEGF, HIF-1α and CD34 in invasive ductal carcinoma of the breast

The expression of prognostic markers in cancer has become important in diagnostic routine and research. A high mitotic rate compromises the individual cell access to oxygen and nutrients, due to reduced blood supply. Cells undertake adaptive measures such as vascular endothelial growth factor (VEGF), expressed under the control of hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α). CD34 is an endothelial marker which can show the presence and distribution of blood vessels. This study evaluated the presence and relative expression of VEGF, HIF-1α and CD34 using immunohistochemistry of 60 breast tumors and double staining, correlating the findings with clinical and pathological variables. High VEGF expression was correlated with low cell proliferation, lymph node-negative, smaller tumor size and patients not receiving hormone therapy. High HIF-1α expression predominated in younger (<50-year) patients, subjected to neo-adjuvant therapy and in p53-negative tumors. Absence of metastasis, radiotherapy or hormone treatment, and estrogen receptor (ER)-positive tumors showed high CD34 immunoreactivity. We suggest that the angiogenic factors VEGF, HIF-1α and CD34 are important in breast cancer progression and their abundance in breast tumors has prognostic and predictive value. Crown Copyright © 2013.

Ação extra-nuclear do hormônio triiodotironina (T3) na expressão gênica de HIF-1α e TGFα em linhagem celular de adenocarcinoma mamário

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Differential expression of HIF-1α in CD44+CD24-/low breast ductal carcinomas

Abstract Background Cancer stem cell (CSC) hypothesis postulates that tumors are maintained by a self-renewing CSC population that is also capable of differentiating into non-self-renewing cell populations that constitute the bulk of tumor. Stem cells renewal and differentiation can be directly influenced by the oxygen levels of determined tissues, probably by the reduction of oxidative DNA damage in hypoxic regions, thus leading to a friendlier microenvironment, regarding to clonal expansion and for resistance to chemotherapeutic regimens. Furthermore, there have been strong data indicating a pivotal role of hypoxic niche in cancer stem cells development. There are evidence that hypoxia could drive the maintenance of CSC, via HIF-1α expression, but it still to be determined whether hypoxia markers are expressed in breast tumors presenting CD44+CD24-/low immunophenotype. Methods Immunohistochemical analysis of CD44+CD24-/low expression and its relationship with hypoxia markers and clinical outcome were evaluated in 253 samples of breast ductal carcinomas. Double-immunolabeling was performed using EnVision Doublestain System (Dako, Carpinteria, CA, USA). Slides were then scanned into high-resolution images using Aperio ScanScope XT and then, visualized in the software Image Scope (Aperio, Vista, CA, USA). Results In univariate analysis, CD44+CD24-/low expression showed association with death due to breast cancer (p = 0.035). Breast tumors expressing CD44+CD24-/low immunophenotype showed relationship with HIF-1α (p = 0.039) and negativity for HER-2 (p = 0.013). Conclusion Considering that there are strong evidences that the fraction of a tumour considered to be cancer stem cells is plastic depending upon microenvironmental signals, our findings provide further evidence that hypoxia might be related to the worse prognosis found in CD44+CD24-/low positive breast tumors.

Stem cell pathways in the basal-like breast carcinoma: the role of beta-catenin and HIF-1alpha

Basal-like tumor is an aggressive breast carcinoma subtype that displays an expression signature similar to that of the basal/myoepithelial cells of the breast tissue. Basal-like carcinoma are characterized by over-expression of the Epidermal Growth Factor receptor (EGFR), high frequency of p53 mutations, cytoplasmic/nuclear localization of beta-catenin, overexpression of the Hypoxia inducible factor (HIF)-1alpha target Carbonic Anhydrase isoenzime 9 (CA9) and a gene expression pattern similar to that of normal and cancer stem cells, including the over-expression of the mammary stem cell markers CD44. In this study we investigated the role of p53, EGFR, beta-catenin and HIF-1alpha in the regulation of stem cell features and genes associated with the basal-like gene expression profile. The findings reported in this investigation indicate that p53 inactivation in ductal breast carcinoma cells leads to increased EGFR mRNA and protein levels. In our experimental model, EGFR overexpression induces beta-catenin cytoplasmatic stabilization and transcriptional activity and, by that, leads to increased aggressive features including mammosphere (MS) forming and growth capacity, invasive potential and overexpression of the mammary stem cell gene CD44. Moreover we found that EGFR/beta-catenin axis promotes hypoxia survival in breast carcinoma cells via increased CA9 expression. Indeed beta-catenin positively regulates CA9 expression upon hypoxia exposure. Interestingly we found that beta-catenin inhibits HIF-1alpha transcriptional activity. Looking for the mechanism, we found that CA9 expression is promoted by HIF-1alpha and cytoplasmatic beta-catenin further increased it post-transcriptionally, via direct mRNA binding and stabilization. These data reveal a functional beta-catenin/HIF-1alpha interplay among hallmarks of basal-like tumors and unveil a new functional role for cytoplasmic beta-catenin in the phenotype of such tumors. Therefore it can be proposed that the interplay here described among EGFR/beta-catenin and HIF-1alpha may play a role in breast cancer stem cell survival and function.

L’inibizione della lattico deidrogenasi: una possibile strategia per migliorare il trattamento farmacologico del carcinoma epatocellulare

Il lavoro svolto nel corso del mio dottorato ha avuto per oggetto lo studio dell’ inibizione della glicolisi aerobia (il principale processo metabolico utilizzato dalle cellule neoplastiche per produrre energia) ottenuta mediante il blocco dell’enzima lattato deidrogenasi (LDH). La mia attività si è concentrata sulla possibilità di utilizzare questo approccio allo scopo di migliorare l’efficacia della terapia antitumorale, valutandone gli effetti su colture di carcinoma epatocellulare umano Inizialmente, per valutare gli effetti della inibizione della LDH, è stato usato l’acido ossamico ( OXA). Questo composto è l’unico inibitore noto specifico per LDH ; è una molecola non tossica in vivo, ma attiva a concentrazioni troppo elevate per consentirne un uso terapeutico. Un importante risultato ottenuto è stata la dimostrazione che l’ inibizione della LDH ottenuta con OXA non è solo in grado di innescare una risposta di morte nelle cellule trattate, ma, associata alla somministrazione di sorafenib, aumenta fortemente l’efficacia di questo farmaco, determinando un effetto di sinergismo. Questo forte effetto di potenziamento dell’azione del farmaco è stato spiegato con la dimostrazione che il sorafenib ha la capacità di inibire il consumo di ossigeno delle cellule trattate, rendendole più dipendenti dalla glicolisi. Grazie alla collaborazione con il Dipartimento di Scienze Farmaceutiche il nostro gruppo di ricerca è arrivato alla identificazione di un composto (galloflavina) che inibisce la LDH con una efficienza molto maggiore di OXA. I risultati preliminari ottenuti sulle cellule di epatocarcinoma suggeriscono che la galloflavina potrebbe essere un composto promettente nel campo degli inibitori metabolici tumorali e inducono a una sua valutazione più approfondita come potenziale farmaco antineoplastico.

RNA non-codificanti indotti da danno al DNA regolano il fattore di trascrizione HIF-1α

Recenti analisi sull’intero trascrittoma hanno rivelato una estensiva trascrizione di RNA non codificanti (ncRNA), le quali funzioni sono tuttavia in gran parte sconosciute. In questo lavoro è stato dimostrato che alte dosi di camptotecina (CPT), un farmaco antitumorale inibitore della Top1, aumentano la trascrizione di due ncRNA antisenso in 5’ e 3’ (5'aHIF-1α e 3'aHIF-1α rispettivamente) al locus genico di HIF-1α e diminuiscono i livelli dell’mRNA di HIF-1α stesso. Gli effetti del trattamento sono Top1-dipendenti, mentre non dipendono dal danno al DNA alla forca di replicazione o dai checkpoint attivati dal danno al DNA. I ncRNA vengono attivati in risposta a diversi tipi di stress, il 5'aHIF-1α è lungo circa 10 kb e possiede sia il CAP in 5’ sia poliadenilazione in 3’ (in letteratura è noto che il 3'aHIF-1α è un trascritto di 1,7 kb, senza 5’CAP né poliadenilazione). Analisi di localizzazione intracellulare hanno dimostrato che entrambi sono trascritti nucleari. In particolare 5'aHIF-1α co-localizza con proteine del complesso del poro nucleare, suggerendo un suo possibile ruolo come mediatore degli scambi della membrana nucleare. È stata dimostrata inoltre la trascrizione dei due ncRNA in tessuti di tumore umano del rene, evidenziandone possibili ruoli nello sviluppo del cancro. È anche noto in letteratura che basse dosi di CPT in condizioni di ipossia diminuiscono i livelli di proteina di HIF-1α. Dopo aver dimostrato su diverse linee cellulari che i due ncRNA sopracitati non potessero essere implicati in tale effetto, abbiamo studiato le variazioni dell’intero miRnoma alle nuove condizioni sperimentali. In tal modo abbiamo scoperto che il miR-X sembra essere il mediatore molecolare dell’abbattimento di HIF-1α dopo trattamento con basse dosi di CPT in ipossia. Complessivamente, questi risultati suggeriscono che il fattore di trascrizione HIF-1α venga finemente regolato da RNA non-codificanti indotti da danno al DNA.

Ein neues Lumineszenzverfahren zur quantitativen und räumlichen Darstellung von Produkten des Glukosestoffwechsels in Tumoren

Eine neue auf einer Pyruvat abhängigen Biolumineszenzreaktion basierende Methode zur quantitativen Bestimmung und räumlichen Darstellung von Pyruvat in Gefrierschnitten von Gewebeproben wurde entwickelt. Dabei wurden biochemische Reaktionen so verknüpft, dass sichtbares Licht proportional zum eingesetzten Pyruvatgehalt entstand. Eine hoch signifikante positive Korrelation beider Parameter ermöglichte eine Kalibrierung mit definierten Pyruvatgehalten und damit die Quantifizierung in unbekannten Proben. Die Nachweisgrenze lag bei 0,04 pmol Pyruvat mit einer Auflösung von 0,02 µmol/g. Das Biolumineszenzverfahren wurde mit Hilfe anderer Methoden validiert, wobei eine Wiederfindung mit einer konzentrationsabhängigen Abweichung von ≤ 15 % erzielt wurde. Ein wesentlicher Vorteil der neuen Methode gegenüber bisherigen Verfahren zum Pyruvatnachweis liegt in der Messwerterfassung definierter histologischer Gewebsareale. Dies wird durch computergesteuerte Überlagerung von Metabolitverteilungen mit Schnittbildern aus Strukturfärbungen und interaktiver, „optischer Mikrodissektion“ der Gewebeschnitte möglich. Ein weiterer Nutzen der Methode ist deren optionale Kombination mit der Biolumineszenztechnik für andere Stoffwechselprodukte. So ermöglicht eine exakte Superposition zweier Metabolitbilder von unmittelbar aufeinander folgenden Gewebeschnitten eine korrelative Kolokalisationsanalyse beider Metabolite. Das Ergebnis lässt sich zum einen in Form von „Pixel-zu-Pixel“-Korrelationen dokumentieren, zum anderen kann für jeden Bildpunkt ein Laktat/Pyruvat-Verhältnis als Maß für den Redoxzustand des Gewebes berechnet und dargestellt werden. Hieraus ergeben sich z.B. räumliche L/P-Verteilungen (L/P-Karten). Ein solches „Redoximaging“ durch Kartierung des L/P-Quotienten ist bislang mit keinem anderen Verfahren möglich. Während die Entwicklung des Pyruvatnachweises eine Kernaufgabe der vorliegenden Arbeit darstellte, bestand ein weiterer wesentlicher Teil in der praktischen Anwendung der neuen Methode im Bereich der experimentellen Tumorforschung. So ergaben Messungen an acht verschiedenen Linien von humanen HNSCC-Xenotransplantaten (n = 70 Tumoren) einen mittleren Pyruvatgehalt von 1,24 ± 0,20 µmol/g. In sechs Humanbiopsien derselben Tumorentität wurde ein durchschnittlicher Pyruvatgehalt von 0,41 ± 0,09 µmol/g gemessen. Bei den Xenotransplantaten konnte eine signifikante positive Korrelation zwischen der Summe aus Laktat und Pyruvat bzw. dem L/P Verhältnis und der Strahlensensibilität gefunden werden, wobei das L/P-Verhältnis ebenso wie die Summe aus Laktat und Pyruvat maßgeblich von Laktat bestimmt wurden. Der Zusammenhang der Metabolite mit der Strahlensensibilität lässt sich durch deren antioxidative Eigenschaften erklären. Da der Redoxzustand der Zelle kritisch bezüglich der Effizienz von ROS induzierenden Therapieansätzen, wie z.B. Bestrahlung oder bestimmter Chemotherapeutika sein kann, könnte die Bestimmung des L/P Verhältnisses als prognostischer Faktor prädiktive Aussagen über die Sensibilität gegenüber solchen Behandlungen erlauben.

Wirkmechanismen der trifunktionalen Antikörper catumaxomab und ertumaxomab in humanen Tumorsphäroid-Kokulturen

Ein neuer Ansatz der immunologischen Krebstherapie ist die Verwendung der bispezifischen, trifunktionalen Antikörper catumaxomab (anti-EpCAM x anti-CD3) und ertumaxomab (anti-Her2/neu x anti-CD3). Die Bispezifität besteht in der Bindung eines Tumor-assoziierten Antigens (EpCAM bzw. Her2/neu) und des CD3 Moleküls auf der Oberfläche von T-Zellen. Darüber hinaus stellt die Interaktion des Fc-Teils mit FcγRI/IIa/III positiven akzessorischen Immunzellen die dritte Funktion der Antikörper dar. Diese einzigartige Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes. In klinischen Studien konnte bereits die Wirksamkeit beider Antikörper nachgewiesen werden. Die eigentlichen Wirkmechanismen der trifunktionalen Antikörper jedoch sind noch nicht ausreichend bekannt. Um die Wechselwirkung zwischen den stark EpCAM- und schwach Her2/neu-positive FaDu- sowie den stabil mit humanem Her2/neu transfizierten FaDu E593-Tumorzellen, peripheren Blutmonozyten (PBMC) und trifunktionalen Antikörpern systematisch zu untersuchen wurde ein 3D-Tumormodell, die so genannten multizellulären Tumorsphäroide (MCTS), angewandt. Als Endpunkte zur Beurteilung der Therapieeffizienz dienten das Volumenwachstum der Sphäroide, sowie die Klonogenität und die Zellvitalität. Zur Beurteilung der PBMC-Penetration in die Sphäroide erfolgten immunhistochemische Färbungen und molekularbiologische Nachweise der Abwehrzellantigene. Entsprechend wurden in den Sphäroiden die Proliferationsrate über eine Ki67-Färbung sowie die Apoptoserate über eine FragEL-Markierung identifiziert. Die Aktivität der PBMC wurde durch die Bestimmung ausgewählter Zytokine (ELISA) und der Zellzahl aus den Medienüberständen charakterisiert. Die an den FaDu- und E593-Sphäroiden erzielten Ergebnisse zeigten, dass catumaxomab und ertumaxomab eine konzentrations- und zeitabhängige Abnahme des Sphäroidvolumens bewirkten. Die Schrumpfung der Tumorsphäroide ging mit einer Reduktion des proliferativen und mit einer Steigerung des apoptotischen Tumorzellanteils einher. Die histologischen Befunde weisen darauf hin, dass die Volumenreduktion durch eine gesteigerte Anzahl infiltrierender Leukozyten bedingt ist. Auf verschiedenen Methoden basierende Analysen der Immunzellsubtypen zeigten eine dominierende Infiltration von zytotoxischen T-Zellen in die Tumorsphäroide. Der Aktivitätsnachweis der T-Zellen wurde über die Detektion der IL-2 mRNA und des sekretierten Zytokins erbracht. Einen zusätzlichen Hinweis auf eine zelluläre Immunantwort liefert das Zytokinmuster mit hohen Konzentrationen an IFN-γ. Der direkte Vergleich beider Antikörper zeigte, dass der anti-tumorale Effekt abhängig von der Antigenexpression auf den Tumorzellen war. Die Analyse von Medienüberständen wies auf eine mehrheitlich höhere Zytokinausschüttung in Gegenwart des Tumorantigens hin. Sphäroid-Kokulturen, die mit dem parentalen anti-EpCAM Antikörper behandelt wurden, zeigten keine Volumenreduktion. Im Gegensatz dazu führte der parentale CD3-Antikörper, das CD3- und Tumorzell-bindende catumaxomab F(ab')2 Fragment oder eine Kombination beider parentaler Antikörper zu einer anti-tumoralen Wirkung, die jedoch nicht so stark war wie die des trifunktionalen Antikörpers catumaxomab. Demnach ist für catumaxomab gezeigt, dass für die Effektivität des Antikörpers die Trifunktionalität unabdingbar ist. Daraus leitet sich ab, dass die Aktivierung der Abwehrzellen durch kostimulatorische Signale notwendig ist und über die Tumorantigenbindung Mechanismen wie ADCC (antibody-dependent cellular cytotoxicity) zum Tragen kommen. Die Experimente mit gleichzeitiger Gabe von trifunktionalen Antikörpern und Immunsuppressiva haben gezeigt, dass eine Kombination beider Agenzien möglich ist. Die Konzentrationen sind jedoch sorgfältig derart zu wählen, dass die Zytokinausschüttung und die damit verbundenen Nebenwirkungen reduziert sind, ohne dass die anti-tumorale Wirkung der Antikörper maßgeblich beeinflusst wird. T-Zellen bedienen sich nach Aktivierung für die rasche Proliferation einer gesteigerten aeroben Glykolyse. Unter Behandlung der Kokulturen mit catumaxomab konnte im Vergleich zu anderen immunstimulatorischen Agenzien die größte Steigerung der Laktatproduktion bzw. der Azidifizierungs- und Sauerstoffverbrauchsrate detektiert werden. Diese Effekte weisen auf eine metabolische Aktivierung der PBMC durch catumaxomab hin. Das von den Tumorzellen abgegebene Laktat kann die Immunzellen jedoch inhibieren. Daher wäre die Kombination mit Glykolyseinhibitoren ein möglicher Ansatz, um die Therapieeffizienz weiter zu steigern. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Komedikation der trifunktionalen Antikörper mit Chemotherapeutika zu einer gesteigerter Wirkung führte. Insgesamt liegt die Zukunft der Immuntherapien wohl in der Kombination mit anderen Wirkstoffklassen, die anti-tumorale Effekte verstärken oder immunsupprimierende Mechanismen inhibieren.

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

Inhibition of SIRT1 Impairs the Accumulation and Transcriptional Activity of HIF-1α Protein under Hypoxic Conditions

Sirtuins and hypoxia-inducible transcription factors (HIF) have well-established roles in regulating cellular responses to metabolic and oxidative stress. Recent reports have linked these two protein families by demonstrating that sirtuins can regulate the activity of HIF-1 and HIF-2. Here we investigated the role of SIRT1, a NAD+-dependent deacetylase, in the regulation of HIF-1 activity in hypoxic conditions. Our results show that in hepatocellular carcinoma (HCC) cell lines, hypoxia did not alter SIRT1 mRNA or protein expression, whereas it predictably led to the accumulation of HIF-1α and the up-regulation of its target genes. In hypoxic models in vitro and in in vivo models of systemic hypoxia and xenograft tumor growth, knockdown of SIRT1 protein with shRNA or inhibition of its activity with small molecule inhibitors impaired the accumulation of HIF-1α protein and the transcriptional increase of its target genes. In addition, endogenous SIRT1 and HIF-1α proteins co-immunoprecipitated and loss of SIRT1 activity led to a hyperacetylation of HIF-1α. Taken together, our data suggest that HIF-1α and SIRT1 proteins interact in HCC cells and that HIF-1α is a target of SIRT1 deacetylase activity. Moreover, SIRT1 is necessary for HIF-1α protein accumulation and activation of HIF-1 target genes under hypoxic conditions.

Inhibition of indoleamine 2,3-dioxygenase in mixed lymphocyte reaction affects glucose influx and enzymes involved in aerobic glycolysis and glutaminolysis in alloreactive T-cells

Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) suppresses adaptive immunity. T-cell proliferation and differentiation to effector cells require increased glucose consumption, aerobic glycolysis and glutaminolysis. The effect of IDO on the above metabolic pathways was evaluated in alloreactive T-cells. Mixed lymphocyte reaction (MLR) in the presence or not of the IDO inhibitor, 1-DL-methyl-tryptophane (1-MT), was used. In MLRs, 1-MT decreased tryptophan consumption, increased cell proliferation, glucose influx and lactate production, whereas it decreased tricarboxylic acid cycle activity. In T-cells, from the two pathways that could sense tryptophan depletion, i.e. general control nonrepressed 2 (GCN2) kinase and mammalian target of rapamycin complex 1, 1-MT reduced only the activity of the GCN2 kinase. Additionally 1-MT treatment of MLRs altered the expression and/or the phosphorylation state of glucose transporter-1 and of key enzymes involved in glucose metabolism and glutaminolysis in alloreactive T-cells in a way that favors glucose influx, aerobic glycolysis and glutaminolysis. Thus in alloreactive T-cells, IDO through activation of the GCN2 kinase, decreases glucose influx and alters key enzymes involved in metabolism, decreasing aerobic glycolysis and glutaminolysis. Acting in such a way, IDO could be considered as a constraining factor for alloreactive T-cell proliferation and differentiation to effector T-cell subtypes.

Lactate and glucose concentrations in brain interstitial fluid, cerebrospinal fluid, and serum during experimental pneumococcal meningitis

Metabolic abnormalities during bacterial meningitis include hypoglycorrhachia and cerebrospinal fluid (CSF) lactate accumulation. The mechanisms by which these alterations occur within the central nervous system (CNS) are still incompletely delineated. To determine the evolution of these changes and establish the locus of abnormal metabolism during meningitis, glucose and lactate concentrations in brain interstitial fluid, CSF, and serum were measured simultaneously and sequentially during experimental pneumococcal meningitis in rabbits. Interstitial fluid samples were obtained from the frontal cortex and hippocampus by using in situ brain microdialysis, and serum and CSF were directly sampled. There was an increase of CSF lactate concentration, accompanied by increased local production of lactate in the brain, and a decrease of CSF-to-serum glucose ratio that was paralleled by a decrease in cortical glucose concentration. Brain microdialysate lactate concentration was not affected by either systemic lactic acidosis or artificially elevated CSF lactate concentration. These data support the hypothesis that the brain is a locus for anaerobic glycolysis during meningitis, resulting in increased lactate production and perhaps contributing to decreased tissue glucose concentration.

Future prospects for SPECT imaging using the radiolanthanide terbium-155 — production and preclinical evaluation in tumor-bearing mice

We assessed the suitability of the radiolanthanide 155 Tb (t1/2 = 5.32 days, Eγ = 87 keV (32%), 105 keV (25%)) in combination with variable tumor targeted biomolecules using preclinical SPECT imaging. Methods 155Tb was produced at ISOLDE (CERN, Geneva, Switzerland) by high-energy (~ 1.4 GeV) proton irradiation of a tantalum target followed by ionization and on-line mass separation. 155 Tb was separated from isobar and pseudo-isobar impurities by cation exchange chromatography. Four tumor targeting molecules – a somatostatin analog (DOTATATE), a minigastrin analog (MD), a folate derivative (cm09) and an anti-L1-CAM antibody (chCE7) – were radiolabeled with 155 Tb. Imaging studies were performed in nude mice bearing AR42J, cholecystokinin-2 receptor expressing A431, KB, IGROV-1 and SKOV-3ip tumor xenografts using a dedicated small-animal SPECT/CT scanner. Results The total yield of the two-step separation process of 155 Tb was 86%. 155 Tb was obtained in a physiological l-lactate solution suitable for direct labeling processes. The 155 Tb-labeled tumor targeted biomolecules were obtained at a reasonable specific activity and high purity (> 95%). 155 Tb gave high quality, high resolution tomographic images. SPECT/CT experiments allowed excellent visualization of AR42J and CCK-2 receptor-expressing A431 tumors xenografts in mice after injection of 155 Tb-DOTATATE and 155 Tb-MD, respectively. The relatively long physical half-life of 155 Tb matched in particular the biological half-lives of 155 Tb-cm09 and 155 Tb-DTPA-chCE7 allowing SPECT imaging of KB tumors, IGROV-1 and SKOV-3ip tumors even several days after administration. Conclusions The radiolanthanide 155 Tb may be of particular interest for low-dose SPECT prior to therapy with a therapeutic match such as the β--emitting radiolanthanides 177Lu, 161 Tb, 166Ho, and the pseudo-radiolanthanide 90Y.

Insulin, CCAAT/enhancer-binding proteins and lactate regulate the human 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 gene expression in colon cancer cell lines.

11β-Hydroxysteroid dehydrogenases (11beta-HSD) modulate mineralocorticoid receptor transactivation by glucocorticoids and regulate access to the glucocorticoid receptor. The isozyme 11beta-HSD2 is selectively expressed in mineralocorticoid target tissues and its activity is reduced in various disease states with abnormal sodium retention and hypertension, including the apparent mineralocorticoid excess. As 50% of patients with essential hypertension are insulin resistant and hyperinsulinemic, we hypothesized that insulin downregulates the 11beta-HSD2 activity. In the present study we show that insulin reduced the 11beta-HSD2 activity in cancer colon cell lines (HCT116, SW620 and HT-29) at the transcriptional level, in a time and dose dependent manner. The downregulation was reversible and required new protein synthesis. Pathway analysis using mRNA profiling revealed that insulin treatment modified the expression of the transcription factor family C/EBPs (CCAAT/enhancer-binding proteins) but also of glycolysis related enzymes. Western blot and real time PCR confirmed an upregulation of C/EBP beta isoforms (LAP and LIP) with a more pronounced increase in the inhibitory isoform LIP. EMSA and reporter gene assays demonstrated the role of C/EBP beta isoforms in HSD11B2 gene expression regulation. In addition, secretion of lactate, a byproduct of glycolysis, was shown to mediate insulin-dependent HSD11B2 downregulation. In summary, we demonstrate that insulin downregulates HSD11B2 through increased LIP expression and augmented lactate secretion. Such mechanisms are of interest and potential significance for sodium reabsorption in the colon.

XYLITOL METABOLISM IN RAT LIVER AND HEPATOCELLULAR CARCINOMAS

The significance of nutritional factors in cancer research has been strongly emphasized. Such research is concerned not only with epidemiological effects relative to dietary factors on the causation of cancer, but with nutritional effects as an energy source on the prevention of cancer. Many studies speculate that the energy flow between tumor and host can be regulated by dietary intake. However, little knowledge on the comparison of the specific nutritional and energy requirements of different cells and tissues is available. Most popular and essential energy sources for the body are the carbohydrates. Among them, xylitol is known as efficient an energy source as glucose. In carbohydrate metabolism, glycolysis is one of the major energy producing pathways. However, recently the existence of an alternate catabolic pathway in mammals for carbohydrate besides glycolysis, i.e. bypass through triosephosphates to lactate via methylglyoxal has been suggested. This bypass was implicated to regulate glycolysis and also be responsible for the fluctuation in the levels of a regulator of cell growth. Methylglyoxal itself is known as a cancerostatic agent. The alterations of biochemical parameters in xylitol metabolism in animals indicated that xylitol may be metabolized through a methylglyoxal pathway.^ To elucidate the biological effect of xylitol as an energy source and the biological effect of its metabolites as a cancerostatis agent, the mode and extent of metabolism must be understood in tumor-bearing animals. Differential utilization of xylitol and glucose, if any, between tumor and host in such animals may exert tissue selective effects on both in terms of methylglyoxal formation and energy provision. The aim of this work was to assess the extent to which the differential utilization of xylitol might be used to generate different metabolic pathways in tumor and host, and to consider a role of nutrition in cancer.^ The results disclose that the existence of a pathway for biological methylglyoxal formation in normal rat liver has been confirmed in single cell suspension; the metabolic significance of the methylglyoxal pathway in the metabolism of glucose and xylitol has been evaluated quantitatively in normal rat liver and the differential metabolism of glucose and xylitol through overall catabolic pathways of carbohydrates has been studied in normal hepatic cells, AS-30D hepatoma and other several hepatoma lines. ^