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.

Role of αvβ3 – Integrin and TLR2 in the innate response to Herpes Simplex Virus infection and Delivery of retargeted oncolytic Herpes Simplex via carrier cells

In the first part of my thesis I studied the mechanism of initiation of the innate response to HSV-1. Innate immune response is the first line of defense set up by the cell to counteract pathogens infection and it is elicited by the activation of a number of membrane or intracellular receptors and sensors, collectively indicated as PRRs, Patter Recognition Receptors. We reported that the HSV pathogen-associated molecular patterns (PAMP) that activate Toll-like receptor 2 (TLR2) and lead to the initiation of innate response are the virion glycoproteins gH/gL and gB, which constitute the conserved fusion core apparatus across the Herpesvirus. Specifically gH/gL is sufficient to initiate a signaling cascade which leads to NF-κB activation. Then, by gain and loss-of-function approaches, we found that αvβ3-integrin is a sensor of and plays a crucial role in the innate defense against HSV-1. We showed that αvβ3-integrin signals through a pathway that concurs with TLR2, affects activation/induction of interferons type 1, NF-κB, and a polarized set of cytokines and receptors. Thus, we demonstrated that gH/gL is sufficient to induce IFN1 and NF-κB via this pathway. From these data, we proposed that αvβ3-integrin is considered a class of non-TLR pattern recognition receptors. In the second part of my thesis I studied the capacity of human mesenchymal stromal cells isolated by fetal membranes (FM-hMSCs) to be used as carrier cells for the delivery of retargeted R-LM249 virus. The use of systemically administrated carrier cells to deliver oncolytic viruses to tumoral targets is a promising strategy in oncolytic virotherapy. We observed that FM-hMSCs can be infected by R-LM249 and we optimized the infection condition; then we demonstrate that stromal cells sustain the replication of retargeted R-LM249 and spread it to target tumoral cells. From these preliminary data FM-hMSCs resulted suitable to be used as carrier cells

Die Synthese von Mucin-Glycopeptid-Vakzinkonjugaten und Adjuvanzien für eine potentielle Krebsimmuntherapie

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese von unterschiedlichen tumorassoziierten Antigenen, die in Form von glycosylierten Aminosäurebausteinen durch Festphasensynthese in den tandem repeat des epithelialen Mucin MUC1 eingebaut wurden. Zur Erzeugung von selektiven Immunantworten wurden synthetische MUC1-Glycopeptide über einen nicht immunogenen Spacer mit einer Reihe von Immunstimulanzien umgesetzt. Es wurden hierbei zwei Ziele verfolgt. Zum einen sollten mit Hilfe von synthetischen MUC1-Glycopeptiden und Immunstimulanzien cytotoxische T-Zellen ausgebildet werden, die Tumorzellen mit überexprimiertem MUC1 am Wachstum hindern und sie in den programmierten Zelltod treiben. Zum anderen sollte mit Hilfe von TH2-Epitopen eine adaptive humorale B-Zell-vermittelte Immunantwort in Form von Antikörpern ausgelöst werden. Zur Ausbildung von cytotoxischen T-Zellen kamen Vakzinkonjugate zum Einsatz, die aus dem IL-1β(163 – 169), dem TLR2-Agonisten (Pam3Cys-Ser-Lys4) oder dem TLR4-Agonisten (spacergebundenes MPL A) bestehen und jeweils an MUC1-Glycopeptide konjugiert wurden. Darüber hinaus wurde eine neue moderne Syntheseroute für das MPL-A entwickelt, welches als Adjuvans in den verschiedenen Vakzinen, wie Cervarix®, Fendrix® und Stimuvax®, Verwendung findet und die Immunantwort der Vakzinkonstrukte nochmals verstärken sollte. Zur Induktion von Antikörpern kamen die OVA(323 – 339)-, die Tetanus-Toxoid- und die BSA-Konjugate zur Anwendung, an denen MUC1-Glycopeptide angeknüpft wurden.

Improving adoptive T cell therapies of cancer by ectopic expression of miR181a to repress inhibitory phosphatases

Adoptive T cell therapy using antigen-specific T lymphocytes is a powerful immunotherapeutic approach against cancer. Nevertheless, many T cells against tumor-antigens exhibit only weak anti-tumoral response. To overcome this barrier it is necessary to improve the potency and anti-tumoral efficacy of these T cells. Activation and activity of T cells are tightly controlled to inhibit unwanted T cell responses and to reduce the risk of autoimmunity. Both are regulated by extrinsic signals and intrinsic mechanisms which suppress T cell activation. The intrinsic mechanisms include the expression of phosphatases that counteract the activation-inducing kinases. Modifying the expression of these phosphatases allows the targeted modulation of T cell reactivity. MicroRNAs (miRNAs) are regulatory small noncoding RNA molecules that control gene expression by targeting messenger RNAs in a sequence specific manner. Gene-specific silencing plays a key role in diverse biological processes, such as development, differentiation, and functionality. miR181a has been shown to be highly expressed in immature T cells that recognize low-affinity antigens.rnThe present study successfully shows that ectopic expression of miR181a is able to enhance the sensitivity of both murine and human T cells. In CD4+ T helper cells as well as in CD8+ cytotoxic T cells the overexpression of miR181a leads to downregulation of multiple phosphatases involved in the T cell receptor signaling pathway. Overexpression of miR181a in human T cells achieves a co-stimulatory independent activation and has an anti-apoptotic effect on CD4+ T helper cells. Additionally, increasing the amount of miR181a enhances the cytolytic activity of murine CD8+ TCRtg T cells in an antigen-specific manner.rnTo test miR181a overexpressing T cells in vivo, a mouse tumor model using a B cell lymphoma cell line (A20-HA) expressing the Influenza hemagglutinin (Infl.-HA) antigen was established. The expression of model antigens in tumor cell lines enables targeted elimination of tumors using TCRtg T cells. The transfer of miR181a overexpressing Infl.-HA TCRtg CD8+ T cells alone has no positive effect neither on tumor control nor on survival of A20-HA tumor-bearing mice. In contrast, the co-transfer of miR181a overexpressing Infl.-HA TCRtg CD8+ and CD4+ T cells leads to improved tumor control and prolongs survival of A20-HA tumor-bearing mice. This effect is characterized by higher amounts of effector T cells and the expansion of Infl.-HA TCRtg CD8+ T cells.rnAll effects were achieved by changes in expression of several genes including molecules involved in T cell differentiation, activation, and regulation, cytotoxic effector molecules, and receptors important for the homing process of T cells in miR181a overexpressing T cells. The present study demonstrates that miR181a is able to enhance the anti-tumoral response of antigen-specific T cells and is a promising candidate for improving adoptive cell therapy.

Individualisierte Krebstherapie : präklinischer „proof of concept“ einer mutationsspezifischen Immuntherapie

Da nicht-synonyme tumorspezifische Punktmutationen nur in malignen Geweben vorkommen und das veränderte Proteinprodukt vom Immunsystem als „fremd“ erkannt werden kann, stellen diese einen bisher ungenutzten Pool von Zielstrukturen für die Immuntherapie dar. Menschliche Tumore können individuell bis zu tausenden nicht-synonymer Punktmutationen in ihrem Genom tragen, welche nicht der zentralen Immuntoleranz unterliegen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Hypothese zu untersuchen, dass das Immunsystem in der Lage sein sollte, mutierte Epitope auf Tumorzellen zu erkennen und zu klären, ob auf dieser Basis eine wirksame mRNA (RNA) basierte anti-tumorale Vakzinierung etabliert werden kann. Hierzu wurde von Ugur Sahin und Kollegen, das gesamte Genom des murinen B16-F10 Melanoms sequenziert und bioinformatisch analysiert. Im Rahmen der NGS Sequenzierung wurden mehr als 500 nicht-synonyme Punktmutationen identifiziert, von welchen 50 Mutationen selektiert und durch Sanger Sequenzierung validiert wurden. rnNach der Etablierung des immunologischen Testsysteme war eine Hauptfragestellung dieser Arbeit, die selektierten nicht-synonyme Punktmutationen in einem in vivo Ansatz systematisch auf Antigenität zu testen. Für diese Studien wurden mutierte Sequenzen in einer Länge von 27 Aminosäuren genutzt, in denen die mutierte Aminosäure zentral positioniert war. Durch die Länge der Peptide können prinzipiell alle möglichen MHC Klasse-I und -II Epitope abgedeckt werden, welche die Mutation enthalten. Eine Grundidee des Projektes Ansatzes ist es, einen auf in vitro transkribierter RNA basierten oligotopen Impfstoff zu entwickeln. Daher wurden die Impfungen naiver Mäuse sowohl mit langen Peptiden, als auch in einem unabhängigen Ansatz mit peptidkodierender RNA durchgeführt. Die Immunphänotypisierung der Impfstoff induzierten T-Zellen zeigte, dass insgesamt 16 der 50 (32%) mutierten Sequenzen eine T-Zellreaktivität induzierten. rnDie Verwendung der vorhergesagten Epitope in therapeutischen Vakzinierungsstudien bestätigten die Hypothese das mutierte Neo-Epitope potente Zielstrukturen einer anti-tumoralen Impftherapie darstellen können. So wurde in therapeutischen Tumorstudien gezeigt, dass auf Basis von RNA 9 von 12 bestätigten Epitopen einen anti-tumoralen Effekt zeigte.rnÜberaschenderweise wurde bei einem MHC Klasse-II restringierten mutiertem Epitop (Mut-30) sowohl in einem subkutanen, als auch in einem unabhängigen therapeutischen Lungenmetastasen Modell ein starker anti-tumoraler Effekt auf B16-F10 beobachtet, der dieses Epitop als neues immundominantes Epitop für das B16-F10 Melanom etabliert. Um den immunologischen Mechanismus hinter diesem Effekt näher zu untersuchen wurde in verschieden Experimenten die Rolle von CD4+, CD8+ sowie NK-Zellen zu verschieden Zeitpunkten der Tumorentwicklung untersucht. Die Analyse des Tumorgewebes ergab, eine signifikante erhöhte Frequenz von NK-Zellen in den mit Mut-30 RNA vakzinierten Tieren. Das NK Zellen in der frühen Phase der Therapie eine entscheidende Rolle spielen wurde anhand von Depletionsstudien bestätigt. Daran anschließend wurde gezeigt, dass im fortgeschrittenen Tumorstadium die NK Zellen keinen weiteren relevanten Beitrag zum anti-tumoralen Effekt der RNA Vakzinierung leisten, sondern die Vakzine induzierte adaptive Immunantwort. Durch die Isolierung von Lymphozyten aus dem Tumorgewebe und deren Einsatz als Effektorzellen im IFN-γ ELISPOT wurde nachgewiesen, dass Mut-30 spezifische T-Zellen das Tumorgewebe infiltrieren und dort u.a. IFN-γ sekretieren. Dass diese spezifische IFN-γ Ausschüttung für den beobachteten antitumoralen Effekt eine zentrale Rolle einnimmt wurde unter der Verwendung von IFN-γ -/- K.O. Mäusen bestätigt.rnDas Konzept der individuellen RNA basierten mutationsspezifischen Vakzine sieht vor, nicht nur mit einem mutations-spezifischen Epitop, sondern mit mehreren RNA-kodierten Mutationen Patienten zu impfen um der Entstehung von „escape“-Mutanten entgegenzuwirken. Da es nur Erfahrung mit der Herstellung und Verabreichung von Monotop-RNA gab, also RNA die für ein Epitop kodiert, war eine wichtige Fragestellungen, inwieweit Oligotope, welche die mutierten Sequenzen sequentiell durch Linker verbunden als Fusionsprotein kodieren, Immunantworten induzieren können. Hierzu wurden Pentatope mit variierender Position des einzelnen Epitopes hinsichtlich ihrer in vivo induzierten T-Zellreaktivitäten charakterisiert. Die Experimente zeigten, dass es möglich ist, unabhängig von der Position im Pentatop eine Immunantwort gegen ein Epitop zu induzieren. Des weiteren wurde beobachtet, dass die induzierten T-Zellfrequenzen nach Pentatop Vakzinierung im Vergleich zur Nutzung von Monotopen signifikant gesteigert werden kann.rnZusammenfassend wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit präklinisch erstmalig nachgewiesen, dass nicht-synonyme Mutationen eine numerisch relevante Quelle von Zielstrukturen für die anti-tumorale Immuntherapie darstellen. Überraschenderweise zeigte sich eine dominante Induktion MHC-II restringierter Immunantworten, welche partiell in der Lage waren massive Tumorabstoßungsreaktionen zu induzieren. Im Sinne einer Translation der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein RNA basiertes Oligotop-Format etabliert, welches Eingang in die klinische Testung des Konzeptes fand.rn

68Ga-DOTATOC versus 68Ga-DOTATATE PET/CT in functional imaging of neuroendocrine tumors

Radiolabeled somatostatin analogs represent valuable tools for both in vivo diagnosis and therapy of neuroendocrine tumors (NETs) because of the frequent tumoral overexpression of somatostatin receptors (sst). The 2 compounds most often used in functional imaging with PET are (68)Ga-DOTATATE and (68)Ga-DOTATOC. Both ligands share a quite similar sst binding profile. However, the in vitro affinity of (68)Ga-DOTATATE in binding the sst subtype 2 (sst2) is approximately 10-fold higher than that of (68)Ga-DOTATOC. This difference may affect their efficiency in the detection of NET lesions because it is the sst2 that is predominantly overexpressed in NET. We thus compared the diagnostic value of PET/CT with both radiolabeled somatostatin analogs ((68)Ga-DOTATATE and (68)Ga-DOTATOC) in the same NET patients.

Somatostatin receptor subtype 2A immunohistochemistry using a new monoclonal antibody selects tumors suitable for in vivo somatostatin receptor targeting

High overexpression of somatostatin receptors in neuroendocrine tumors allows imaging and radiotherapy with radiolabeled somatostatin analogues. To ascertain whether a tumor is suitable for in vivo somatostatin receptor targeting, its somatostatin receptor expression has to be determined. There are specific indications for use of immunohistochemistry for the somatostatin receptor subtype 2A, but this has up to now been limited by the lack of an adequate reliable antibody. The aim of this study was to correlate immunohistochemistry using the new monoclonal anti-somatostatin receptor subtype 2A antibody UMB-1 with the gold standard in vitro method quantifying somatostatin receptor levels in tumor tissues. A UMB-1 immunohistochemistry protocol was developed, and tumoral UMB-1 staining levels were compared with somatostatin receptor binding site levels quantified with in vitro I-[Tyr]-octreotide autoradiography in 89 tumors. This allowed defining an immunohistochemical staining threshold permitting to distinguish tumors with somatostatin receptor levels high enough for clinical applications from those with low receptor expression. The presence of >10% positive tumor cells correctly predicted high receptor levels in 95% of cases. In contrast, absence of UMB-1 staining truly reflected low or undetectable somatostatin receptor expression in 96% of tumors. If 1% to 10% of tumor cells were stained, a weak staining intensity was suggestive of low somatostatin receptor levels. This study allows for the first time a reliable recommendation for eligibility of an individual patient for in vivo somatostatin receptor targeting based on somatostatin receptor immunohistochemistry. Under optimal methodological conditions, UMB-1 immunohistochemistry may be equivalent to in vitro receptor autoradiography.

Plexiform hybrid granular cell tumor/perineurioma: a novel variant of benign peripheral nerve sheath tumor with divergent differentiation

The descriptive term hybrid peripheral nerve sheath tumor refers to any neoplasm of the neurilemmal apparatus composed of more than one pathologically defined tumoral equivalent derived from its constituent cells. Within this uncommon nosological category, participation of granular cell tumor - a neoplasm of modified Schwann cells - has been reported only exceptionally. We describe a hitherto not documented variant composed of an organoid mixture of granular cell tumor and perineurioma with plexiform growth. A solitary subcutaneous nodule of 1.5 cm diameter was excised from the right ring finger of a 19-year-old female with no antecedents of neurofibromatosis or relevant trauma. Histology revealed a monotonous, yet cytologically dimorphic proliferation of classical granular cells intermingled with flattened, inconspicuous perineurial cells. Immunohistochemical double labeling detected expression of S100 protein in the former and of EMA and GLUT-1 in the latter. While the respective staining patterns for S100 protein and EMA or GLUT-1 tended to be mutually exclusive, a minority of cells exhibited transitional granular cell/perineurial immunophenotype. Electron microscopy permitted direct visualization of a plethora of lysosomes in the granular cell moiety, and of pinocytotic vesicles and tight junctions in perineurial cells. Intratumoral axons were not detected. Expanding intraneurally, the lesion showed discrete encapsulation by the local perineurium, and resulted in plexiform growth. The MIB-1 labeling index averaged 1%. We interpret our findings as supporting evidence for the dual cell lineage to have arisen through metaplasia, with the tumor's dynamics probably having been driven by the granular cell component.

Surgical pathology in sub-Saharan Africa--volunteering in Malawi

The breadth of material found in surgical pathology services in African countries differs from the common spectrum of "the West". We report our experience of a voluntary work in the pathology departments of Blantyre and Lilongwe, Malawi. During a 6-week period, 405 cases (378 histology and 27 cytology cases) were processed. The vast majority showed significant pathological findings (n = 369; 91.1 %): 175 cases (47.4 %) were non-tumoral conditions with predominance of inflammatory lesions, e.g., schistosomiasis (n = 11) and tuberculosis (n = 11). There were 39 (10.6 %) benign tumors or tumor-like lesions. Intraepithelial neoplasia of the cervix uteri dominated among premalignant conditions (n = 15; 4.1 %). The large group of malignancies (n = 140; 37.9 %) comprised 11 pediatric tumors (e.g., rhabdomyosarcoma, small blue round cell tumors) and 129 adult tumors. Among women (n = 76), squamous cell carcinomas (SCCs) of the cervix uteri predominated (n = 25; 32.9 %), followed by breast carcinomas (n = 12; 15.8 %) and esophageal SCC (n = 9; 11.8 %). Males (n = 53) most often showed SCC of the esophagus (n = 9; 17.0 %) and of the urinary bladder (n = 7; 13.2 %). Lymphomas (n = 7) and Kaposi's sarcomas (n = 6) were less frequent. Differences compared to the western world include the character of the conditions in general, the spectrum of inflammatory lesions, and the young age of adult tumor patients (median 45 years; range 18-87 years). Providing pathology service in a low-resource country may be handicapped by lack of personnel, inadequate material resources, or insufficient infrastructure. Rotating volunteers offer a bridge for capacity building of both personnel and the local medical service; in addition, the volunteer's horizons are broadened professionally and personally.

Internalization of sst2, sst3, and sst5 receptors: effects of somatostatin agonists and antagonists

The uptake of radiolabeled somatostatin analogs by tumor cells through receptor-mediated internalization is a critical process for the in vivo targeting of tumoral somatostatin receptors. In the present study, the somatostatin receptor internalization induced by a variety of somatostatin analogs was measured with new immunocytochemical methods that allow characterization of trafficking of the somatostatin receptor subtype 2 (sst2), somatostatin receptor subtype 3 (sst3), and somatostatin receptor subtype 5 (sst5) in vitro at the protein level. METHODS: Human embryonic kidney 293 (HEK293) cells expressing the sst2, sst3, or the sst5 were used in a morphologic immunocytochemical internalization assay using specific sst2, sst3 and sst5 antibodies to qualitatively and quantitatively determine the capability of somatostatin agonists or antagonists to induce somatostatin receptor internalization. In addition, the internalization properties of a selection of these agonists have been compared and quantified in sst2-expressing CHO-K1 cells using an ELISA. RESULTS: Agonists with a high sst2-binding affinity were able to induce sst2 internalization in the HEK293 and CHO-K1 cell lines. New sst2 agonists, such as Y-DOTA-TATE, Y-DOTA-NOC, Lu-DOTA-BOC-ATE (where DOTA is 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid; TATE is [Tyr3, Thr8]-octreotide; NOC is [1-NaI3]-octreotide; and BOC-ATE is [BzThi3, Thr8]-octreotide), iodinated sugar-containing octreotide analogs, or BIM-23244 were considerably more potent in internalizing sst2 than was DTPA-octreotide (where DTPA is diethylenetriaminepentaacetic acid). Similarly, compounds with high sst3 affinity such as KE108 were able to induce sst3 internalization. In sst2- or sst3-expressing cell lines, agonist-induced receptor internalization was efficiently abolished by sst2- or sst3-selective antagonists, respectively. Antagonists alone had no effect on sst2 or sst3 internalization. We also showed that somatostatin-28 and somatostatin-14 can induce sst5 internalization. Unexpectedly, however, potent sst5 agonists such as KE108, BIM-23244, and L-817,818 were not able to induce sst5 internalization under the same conditions. CONCLUSION: Using sensitive and reproducible immunocytochemical methods, the ability of various somatostatin analogs to induce sst2, sst3, and sst5 internalization has been qualitatively and quantitatively determined. Whereas all agonists triggered sst2 and sst3 internalization, sst5 internalization was induced by natural somatostatin peptides but not by synthetic high-affinity sst5 agonists. Such assays will be of considerable help for the future characterization of ligands foreseen for nuclear medicine applications.

Folliculo-stellate cells of "true dendritic" type are involved in the inflammatory microenvironment of tumor immunosurveillance of pituitary adenomas

Folliculo-stellate cells are a nonendocrine, sustentacular-like complementary population of the anterior pituitary. They currently are considered as functionally and phenotypically heterogeneous, with one subpopulation of folliculo-stellate cells possibly representing resident adenohypophyseal macrophages. We took advantage of a limited T-cell mediated inflammatory reaction selectively involving tumor tissue in three cases of pituitary adenoma (2 prolactin cell adenomas, and 1 null cell adenoma) to test the hypothesis whether some folliculo-stellate cells within inflammatory foci would also assume monocytic/dendritic properties. Immunohistochemical double labeling for S-100 protein and the class II major histocompatibility antigen HLA-DR indeed showed several arborized cells to coexpress both epitopes. These were distributed both amidst adenomatous acini and along intratumoral vessels, and were morphologically undistinguishable from conventional folliculo-stellate cells. On the other hand, markers of follicular dendritic cells (CD21) and Langerhans' cells (CD1a) tested negative. Furthermore, no S-100/HLA-DR coexpressing folliculo-stellate cells were seen in either peritumoral parenchyma of the cases in point nor in control pituitary adenomas lacking inflammatory reaction. These findings suggest that a subset of folliculo-stellate cells may be induced by an appropriate local inflammatory microenvironment to assume a dendritic cell-like immunophenotype recognizable by their coexpression of S-100 protein and HLA-DR. By analogy with HLA-DR expressing cells in well-established extrapituitary inflammatory constellations, we speculate that folliculo-stellate cells with such immunophenotype may actually perform professional antigen presentation. A distinctly uncommon finding in pituitary adenomas, lymphocytic infiltrates may therefore be read as a manifestation of tumoral immunosurveillance.

Overexpression of gastrin-releasing peptide receptors in tumor-associated blood vessels of human ovarian neoplasms

BACKGROUND: Peptide receptors, overexpressed in specific cancers, represent new diagnostic and therapeutic targets. In this study, receptors for the gastrin-releasing peptide (GRP), and other members of the bombesin-family of peptides, were evaluated in ovarian neoplasms. METHODS: 75 primary, secondary and metastatic ovarian tumors were investigated for their bombesin-receptor subtype expression, incidence, localization and density using in vitro autoradiography on tissue sections with the universal radioligand (125)I-[D-Tyr(6), beta-Ala(11), Phe(13), Nle(14)]-bombesin(6-14) and the GRP-receptor subtype-preferring (125)I-[Tyr(4)]-bombesin. RESULTS: GRP-receptors were detected in 42/61 primary ovarian tumors; other bombesin-receptor subtypes (BB1, bb3) were rarely present (3/61). Two different tissue compartments expressed GRP-receptors: the tumoral vasculature was the predominant site of GRP-receptor expression (38/61), whereas neoplastic cells more rarely expressed GRP-receptors (14/61). GRP-receptor positive vessels were present in the various classes of ovarian tumors; generally, malignant tumors had a higher incidence of GRP-receptor positive vessels compared to their benign counterparts. The prevalence of such vessels was particularly high in ovarian carcinomas (16/19) and their metastases (5/5). The GRP-receptors were expressed in high density in the muscular vessel wall. Normal ovary (n=10) lacked GRP-receptors. CONCLUSIONS: The large amounts of GRP-receptors in ovarian tumor vessels suggest a role in tumoral vasculature and possibly angiogenesis. Further, these vessels might be targeted in vivo with bombesin analogs for diagnosis or for therapy.

NPY receptors in human cancer: a review of current knowledge

Many peptide hormone receptors are over-expressed in human cancer, permitting an in vivo targeting of tumors for diagnostic and therapeutic purposes. NPY receptors are novel and promising candidates in this field. Using in vitro receptor autoradiography, Y1 and Y2 receptors have been found to be expressed in breast carcinomas, adrenal gland and related tumors, renal cell carcinomas, and ovarian cancers in both tumor cells and tumor-associated blood vessels. Pathophysiologically, tumoral NPY receptors may be activated by endogenous NPY released from intratumoral nerve fibers or tumor cells themselves, and mediate NPY effects on tumor cell proliferation and tumoral blood supply. Clinically, tumoral NPY receptors may be targeted with NPY analogs coupled with adequate radionuclides or cytotoxic agents for a scintigraphic tumor imaging and/or tumor therapy.

Neuropeptide Y receptors in primary human brain tumors: overexpression in high-grade tumors

Peptide receptors are often overexpressed in tumors, and they may be targeted in vivo. We evaluated neuropeptide Y (NPY) receptor expression in 131 primary human brain tumors, including gliomas, embryonal tumors, meningiomas, and pituitary adenomas, by in vitro receptor autoradiography using the 125I-labeled NPY receptor ligand peptide YY in competition with NPY receptor subtype-selective analogs. Receptor functionality was investigated in selected cases using [35S]GTPgammaS-binding autoradiography. World Health Organization Grade IV glioblastomas showed a remarkably high expression of the NPY receptor subtype Y2 with respect to both incidence (83%) and density (mean, 4,886 dpm/mg tissue); astrocytomas World Health Organization Grades I to III and oligodendrogliomas also exhibited high Y2 incidences but low Y2 densities. In glioblastomas, Y2 agonists specifically stimulated [35S]GTPgammaS binding, suggesting that tumoral Y2 receptors were functional. Furthermore, nonneoplastic nerve fibers containing NPY peptide were identified in glioblastomas by immunohistochemistry. Medulloblastomas, primitive neuroectodermal tumors of the CNS, and meningiomas expressed Y1 and Y2 receptor subtypes in moderate incidence and density. In conclusion, Y2 receptors in glioblastomas that are activated by NPY originating from intratumoral nerve fibers might mediate functional effects on the tumor cells. Moreover, identification of the high expression of NPY receptors in high-grade gliomas and embryonal brain tumors provides the basis for in vivo targeting.

Inhibition of mTOR in combination with doxorubicin in an experimental model of hepatocellular carcinoma

BACKGROUND/AIMS: Hepatocellular carcinoma (HCC) is resistant to chemotherapy. We reported that sirolimus, an mTOR inhibitor, has antiangiogenic properties in HCC. Since antiangiogenic therapy may enhance chemotherapy effects, we tested the antitumorigenic properties of sirolimus combined with doxorubicin in experimental HCC. METHODS: Morris Hepatoma (MH) cells were implanted into livers of syngeneic rats. Animals were assigned to sirolimus, pegylated liposomal doxorubicin, both combined or control groups. Tumoral growth was followed by MRI. Antiangiogenic effects were assessed by CD31 immunostaining and capillary tube formation assays. Cell proliferation was monitored in vitro by thymidine incorporation. Expression of p21 and phosphorylated MAPKAP kinase-2 was quantified by immunoblotting. RESULTS: Animals treated with the combination developed smaller tumors with decreased tumor microvessel density compared to animals that received monotherapies. In vitro, inhibition of mTOR further impaired capillary formation in the presence of doxorubicin. Doxorubicin reduced endothelial cell proliferation; inhibition of mTOR accentuated this effect. Doxorubicin stimulated p21 expression and the phosphorylation of MAPKAP kinase-2 in endothelial cells. Addition of mTOR inhibitor down-regulated p21, but did not decrease MAPKAP kinase-2 phosphorylation. CONCLUSIONS: Sirolimus has additive antitumoral and antiangiogenic effects when administered with doxorubicin. These findings offer a rationale for combining mTOR inhibitors with chemotherapy in HCC treatment.