Efficacy of Lentivirus-mediated and MUC1 antibody-targeted VP22-TK/GCV suicide gene therapy for ovarian cancer

Transfer of the herpes simplex virus type I thymidine kinase (HSV-TK) gene into tumor cells using virus-based vectors in conjunction with ganciclovir (GCV) exposure provides a potential gene therapy strategy for the treatment of cancer. Effective gene therapy,, depends on the efficient transfer and specific targeting of therapeutic genes and their protein products to target cells. The purpose of this study was to investigate the anti-tumor effect of Lentivirus-mediated and MUC1 antibody-targeted VP22-TK/GCV suicide gene therapy in animal models. Mouse models were generated with intraperitoneal injection of human epithelial ovarian cancer cells 3AO, which are MUC1-positive. HTV-1-based lentiviral vectors carrying VP22-TK or scFv-VP22-TK were prepared. The animals were injected intraperitoneally with lentivirus containing scFv-VP22-TK, VP22-TK followed by GCV treatment. Combined treatment of lentivirus-expressed scFv-VP22-TK or VP22-TK with GCV inhibited the proliferation and prolonged survival times compared with the control vector. The survival time of animals treated with scFv-VP22-TK/GCV was significantly longer than that of animals treated with VP22-TK/GCV (p = 0.006). Conclusion: Our results suggest that MUC1 antibody-targeted VP22-TK/GCV suicide gene therapy can efficiently inhibit ovarian tumor growth and increase survival in a nude mouse model of ovarian carcinoma. These data support the development of this method for human clinical trials.

Mucinous colorectal adenocarcinoma: influence of mucin expression (Muc1, 2 and 5) on clinico-pathological features and prognosis

Background Mucinous component is associated with distinct clinical and pathological features and poor survival in colorectal cancer. The purpose of this study was to determine differences in outcomes of patients with mucinous colorectal adenocarcinoma according to the type of mucin expressed. Materials and Methods Immunohistochemistry was performed in all tumors of patients who underwent radical surgery between 1998 and 2003 with mucinous colorectal cancer using antibodies against MUC1, 2, and 5. Correlation between immunoexpression and clinical, pathological features and survival was performed. Results Of the 418 patients treated in this period, only 35 had a mucinous adenocarcinoma. Of these, 25 were positive for 1 or more mucin expression. MUC2 expression correlated with tumor site and depth of penetration, while MUC5 expression correlated to tumor site. Overall survival was significantly worse for patients with MUC2 expression, and disease-free survival was significantly worse for patients with MUC1 expression. Conclusions Mucin expression may have significant correlation to specific clinical-pathological features and survival of patients with mucinous-type colorectal adenocarcinoma. These differences may reflect distinct molecular mechanisms involved in carcinogenesis of mucinous colorectal adenocarcinoma.

The role of tumor hypoxia in MUC1-positive breast carcinomas

Mucin 1 (MUC1) is a glycoprotein that is expressed on apical cell membranes in a variety of normal tissues. MUC1 is involved in cell signaling, inhibition of cell-cell and cell matrix adhesion, apoptosis, proliferation, and transcription. Hypoxia is an important factor that promotes cancer metastasis and stimulates angiogenesis and tumor progression. Hypoxia inducible factor 1 (HIF-1 alpha) and carbonic anhydrase IX (CAIX) are two molecules that are involved in this process. The role of hypoxia in MUC1+ invasive ductal breast carcinomas is not well established. In this study, the expression of MUC1 was correlated with the hypoxia-associated markers HIF-1 alpha and CAIX, as well as several immunohistochemical markers and clinicopathologic features of prognostic significance in 243 invasive ductal carcinomas. MUC1 was overexpressed in 37.0% of patients and correlated with the expression of estrogen receptor (p = 0.0001), progesterone receptor (p = 0.0001), HIF-1 alpha (p = 0.006), VEGF (p = 0.024), and p53 (p = 0.025). In breast cancer, MUC1 expression has been associated with increased degradation of inhibitor of NF-kappa B (I kappa B alpha), driving NF-kappa B to the nucleus and blocking apoptosis and promoting cell survival. We analyzed NF-kappa B expression in MUC1+ breast carcinoma and found a very significant relationship between these proteins (p = 0.0001). Our findings indicate that MUC1 may play a role in the regulation of hormone receptors by increasing the inactivation of p53 and targeting NF-kappa B to the nucleus. Our data also support the notion that activation of HIF-1 alpha in MUC1+ breast carcinomas may modulate VEGF expression, allowing a metabolic adaptation to hypoxia.

MUC1: Antibodies and immunoassays

High molecular weight mucins represent a unique challenge as tumor markers by virtue of their complex array of epitopes, The list is dominated by the high molecular weight mucins MUC1, CEA and CA125. While the currently accepted role for these tumor markers is in the prediction and detection of relapse, it is possible that their sensitivity and specificity can be improved. Although immunoassays detecting the tumor marker MUC1 are both sensitive and specific for predicting relapse in breast cancer, so far they are not in widespread use in the follow-up of this disease. Are there new combinations of conventional reagents that could improve assay sensitivity, or should we be looking for more radical changes in assay design incorporating combinatorial technology? Copyright (C) 2001 S. Karger AG, Basel.

Expression of MUC1 splice variants in benign and malignant ovarian tumours

MUC1 is expressed on the surface of ovarian cancer cells. Nine different splice variants of MUC1 have been described, but no study has reported on the expression of MUC1 iso-forms in human ovarian cancer. Our study compares patterns of expression of MUC1 splice variants of malignant and benign ovarian tumours. Ovarian tissue samples were taken from patients with benign ovarian tumours (n = 34) and from patients who had surgery for primary (n = 47) or recurrent (n = 8) ovarian cancer. RT-PCR for MUC1 splice variants A, B, C, D, X, Y, Z, REP and SEC was performed and their expression compared to clinical and histopathologic parameters. Variants A, D, X, Y and Z were more frequently expressed in malignant than in benign tumours. All primary ovarian cancer cases were positive for variant REP but negative for variant SEC. No significant association of the expression of MUC1 splice variants with the response to chemotherapy or patient survival could be demonstrated. Expression of MUC1 splice variants A, D, X, Y, Z and REP is associated with the presence of malignancy, whereas expression of MUC1/SEC is associated with the absence of malignancy. (C) 2002 Wiley-Liss, Inc.

MUC1 epithelial mucin (CD227) is expressed by activated dendritic cells

The MUC1 mucin (CD227) is a cell surface mucin originally thought to be restricted to epithelial tissues. We report that CD227 is expressed on human blood dendritic cells (DC) and monocyte-derived DC following in vitro activation. Freshly isolated murine splenic DC had very low levels of CD227; however, all DC expressed CD227 following in vitro culture. In the mouse spleen, CD227 was seen on clusters within the red pulp and surrounding the marginal zone in the white pulp. Additionally, we confirm CD227 expression by activated human T cells and show for the first time that the CD227 cytoplasmic domain is tyrosine-phosphorylated in activated T cells and DC and is associated with other phosphoproteins, indicating a role in signaling. The function of CD227 on DC and T cells requires further elucidation.

MUC1 gene polymorphism in three Nelore lines selected for growth and its association with growth and carcass traits

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Association between MUC1 gene polymorphism and expected progeny differences in Nelore cattle (Bos primigenius indicus)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

MUC1 gene polymorphism in three Nelore lines selected for growth and its association with growth and carcass traits

The objective of this study was to describe the VNTR polymorphism of the mucin 1 gene (MUC1) in three Nelore lines selected for yearling weight to determine whether allele and genotype frequencies of this polymorphism were affected by selection for growth. In addition, the effects of the polymorphism on growth and carcass traits were evaluated. Birth, weaning and yearling weights, rump height, Longissimus muscle area, backfat thickness, and rump fat thickness, were analyzed. A total of 295 Nelore heifers from the Beef Cattle Research Center, Instituto de Zootecnia de Sertozinho, were used, including 41 of the control line, 102 of the selection line and 152 of the traditional. The selection and traditional lines comprise animals selected for higher yearling weight, whereas control line animals are selected for yearling weight close to the average. Five alleles were identified, with allele 1 being the most frequent in the three lines, especially in the lines selected for higher means for yearling weight. Heterozygosity was significantly higher in the control line. Association analyses showed significant effects of allele 1 on birth weight and weaning weight while the allele 3 exert significant effects on yearling weight and back fat thickness. Despite these findings, application of this marker to marker-assisted selection requires more consistent results based on the genotyping of a larger number of animals in order to increase the accuracy of the statistical analyses.

Synthese tumorassoziierter Glycopeptidkonjugate basierend auf den epithelialen Mucinen MUC1 und MUC4 als potentielle Antitumorvakzine

Die Immuntherapie stellt eine hoffnungsvolle Alternative zu etablierten Behandlungsmethoden für Krebserkrankungen dar. Durch die Aktivierung des Immunsystems erhofft man sich eine selektive Abtötung von Tumorzellen. Eine solche Aktivierung kann durch Vakzinierung mit Glycopeptiden, welche Partialstrukturen tumorassoziierter Oberflächenglycoproteine darstellen, erfolgen. Um eine effektive Immunantwort zu erreichen, ist allerdings eine Konjugation dieser Glycopeptide mit immunogenen Trägern nötig. Zur Darstellung solcher Konjugate wurden im Rahmen dieser Arbeit zunächst mehrere, mit tumorassoziierten Kohlenhydraten glycosylierte Aminosäurebausteine dargestellt. Diese Bausteine wurden anschließend zur Festphasensynthese von Glycopeptiden eingesetzt. Durch ein neuartiges, chemoselektives Kupplungsverfahren konnten diese tumorassoziierten Glycopeptide an ein immunogenes Trägerprotein angebunden werden. Weiterhin wurde durch Festphasenpeptidsynthese ausgehend von einem tetrafunktionellen Lysin-Baustein ein dendrimeres Glycopeptid (MAP) erzeugt. Die Darstellung von vollsynthetischen Vakzinen gelang in Form von Konjugaten bestehend aus einem universellen T-Zell-Epitop und einem tumorassoziierten Glycopeptid. Diese Synthesen wurden ausgehend von einem festphasengebundenen, orthogonal geschützten Lysin durchgeführt. Abschließend wurde die Synthese von Konjugaten bestehend aus einem tumorassoziierten Glycopeptid und dem Mitogen Pam3Cys untersucht.

Die Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen

„Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen“ Das Glycoprotein MUC1 ist in Tumorepithelzellen sonderlich stark überexprimiert und wegen der vorzeitig einsetzenden Sialylierung sind die Saccharid-Epitope der O-Glycanketten stark verkürzt (sog. tumorassoziierte Antigene). Dadurch werden auch bisher verborgene Peptidepitope des Glycoprotein-Rückgrates auf der Zelloberfläche der Epithelzellen zugänglich, die als fremd von den Zellen des Immunsystems erkannt werden können. Dies macht das MUC1-Zelloberfächenmolekül zu einem Zielmolekül in der Entwicklung von Tumorvakzinen. Diese beiden strukturellen Besonderheiten wurden in der Synthese von Glycohexadecapeptiden verbunden, indem die veränderten tumorassoziierten Saccharidstrukturen TN-, STN- und T-Antigen als Glycosylaminosäure-Festphasenbausteine synthetisiert wurden und in das Peptidepitop der Wiederholungseinheit des MUC1 durch Glycopeptid-Festphasensynthese eingebaut wurden. Wegen der inhärenten schwachen Immunogenität der kurzen Glycopeptide müssen die synthetisierten Glycopeptidstrukturen an ein Trägerprotein, welches das Immunsystem stimuliert, gebunden werden. Zur Anbindung der Glycopeptide ist ein selektives Kupplungsverfahren nötig, um definierte und strukturell einheitliche Glycopeptid-Protein-Konjugate zu erhalten. Es konnte eine neue Methode entwickelt werden, bei der die Konjugation durch eine radikalische Additionsreaktion von als Allylamide funktionalisierten Glycopeptiden an ein Thiol-modifiziertes Trägerprotein erfolgte. Dazu wurde anhand von synthetisierten, als Allylamide modifizierten Modellaminosäuren untersucht, ob diese Reaktion generell für eine Biokonjugation geeignet ist und etwaige Nebenreaktionen auftreten können. Mit dieser Methode konnten verschiedene MUC1-Glycopeptid-Trägerprotein-Konjugate hergestellt werden, deren immunologische Untersuchung noch bevorsteht. Das tumorassoziierte MUC1 nimmt in der immundominanten Region seiner Wiederholungseinheit eine knaufartige Struktur ein. Für die Entwicklung von selektiven Tumorvakzinen ist es von großer Bedeutung möglichst genau die Struktur der veränderten Zelloberflächenmoleküle nachzubilden. Durch die Synthese von cyclischen (Glyco)Peptiden wurde dieses Strukturelement fixiert. Dazu wurden olefinische Aminosäure Festphasenbausteine hergestellt, die zusammen mit den oben genannten Glycosylaminosäuren mittels einer Glycopeptid-Festphasensynthese in acyclische Glycopeptide eingebaut wurden. Diese wurden dann durch Ringschlussmetathese zyklisiert und im Anschluss reduziert und vollständig deblockiert. In einem dritten Projekt wurde der Syntheseweg zur Herstellung einer C-Glycosylaminosäure mit einer N-Acetylgalactosamin-Einheit entwickelt. Wichtige Schritte bei der von Glucosamin ausgehenden Synthese sind die Keck-Allylierung, eine Epimerisierung, die Herstellung eines Brom-Dehydroalanin-Derivates und eine B-Alkyl-Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung sowie Schutzgruppenoperationen. Der racemische Baustein konnte dann in der Peptid-Festphasensynthese eines komplexen MUC1-Tetanustoxin-Konjugates eingesetzt werden.

Synthese potentieller Antitumorvakzine aus tumorassoziierten Glycopeptiden des Mucins MUC1 und Versuche zur Festphasensynthese von Oligosacchariden

Festphasenoligosaccharidsynthesen: Um den mit der Synthese der Saccharidbausteine verbundenen Zeitaufwand zu reduzieren, sollten festphasenunterstützte, leicht automatisierbare Strategien entwickelt werden. Für die Optimierungen ist es notwendig, über Analysetechniken zu verfügen, die eine quantitative Verfolgung des Reaktionsablaufes erlauben. Zur Bestimmung der Konzentration freier Hydroxylgruppen wurde hierbei eine einfache und effiziente Reaktionsabfolge gefunden, die eine UV-spektroskopische Analyse erlaubt. rnZur Verknüpfung zwischen Kohlenhydrat und polymerem Träger (Polystyrol, Tentagel) kamen der PTMSE-, ein p-Alkoxybenzyl- und zwei Alkylthioanker zum Einsatz. Die Bedingungen zur Anknüpfung der mit Carboxylgruppen ausgestatteten Anker über Amidbindungen an das Harz, zur Spaltung der Lävulinoylschutzgruppe, sowie zur reduktiven Öffnung der Benzylidenacetalschutzgruppe wurden optimiert, sodass sich diese Reaktionen nun in sehr hohen Ausbeuten am polymeren Träger durchführen lassen. rnSpeziell Glycosylierungsreaktionen zeigten jedoch erhebliche Kompatibilitätsprobleme mit der polymeren Matrix. Die Ausbeuten aller an der festen Phase durchgeführten Glycosylierungen lagen bei maximal 5 Prozent. rnGlycopeptidsynthesen: Einige Tumorzellen unterscheiden sich von gesunden Zellen durch ein verändertes Profil an Oberflächenglycoproteinen. So ist das membranständige Glycoprotein MUC1 in malignen Epithelzellen stark überexprimiert und zeigt infolge veränderter Aktivitäten mehrerer Glycosyltransferasen ein modifiziertes Glycosylierungsmuster. Diese tumorspezifischen Strukturveränderungen stellen einen interessanten Angriffspunkt zur Entwicklung von Antitumorvakzinen dar. Um zu potentiellen Impfstoffen zu gelangen, ist es jedoch nötig, die Immunogenität der selbst nur schwach immunogenen Glycopeptide durch Konjugation zu erhöhen. rnIm Rahmen dieser Arbeit sollten vollsynthetische Konjugate, auf Basis einer 16 Aminosäuren langen, tumorassoziierten Glycopeptidpartialstruktur aus dem MUC1, zur möglichen Verwendung als Antitumorvakzine synthetisiert werden. Die Darstellung erfolgte in einer automatisierten Festphasensynthese nach der Fmoc-Strategie. rnZur Steigerung der Immunogenität wurde das glycosylierte Hexadecapeptid über einen Spacer mit einem T-Zell-Epitop aus dem Tetanustoxoidprotein sowie mit einem Mitogen verknüpft. Zur Synthese des Mitogenkonjugates sind noch Optimierungen im Syntheseablauf und insbesondere bei der Reinigung notwendig. Die immunologische Evaluierung des MUC1-Tetanustoxin-Heterotopkonjugates als mögliches Antitumorvakzin ist geplant. rn

Synthese von tumor-assoziierten MUC1-Mucin-Glycopeptid-Vakzinen und deren immunologische Evaluierung

Eine alternative Methode zur Therapie von Tumorerkrankungen bestünde in einer Immuntherapie ausgelöst durch synthetische Antitumor-Vakzine. Ein vielversprechendes Zielmolekül für eine solche Aktivimmunisierung ist das Glycoprotein MUC1, das auf nahezu allen Epithelgeweben exprimiert und auf Tumorgeweben stark überexprimiert wird. Seine extrazelluläre Domäne enthält eine Vielzahl von Tandem-Repeat-Sequenzen der Art: HGVTSAPDTRPAPGSTAPPA mit fünf potentiellen O-Glycosylierungs-Positionen. Da die Form der Glycosylierung des MUC1 in Tumorzellen stark von der auf normalen Zellen abweicht, liegen auf Tumorzellen eine Reihe tumor-assoziierter Saccharidantigene und Peptidepitope vor.rnIn dieser Arbeit wurden tumor-assoziierte Glycopeptidantigene aus der MUC1-Tandem-Repeat-Region hergestellt. Die synthetisierten MUC1-Glycopeptide tragen in verschiedenen Positionen eine Glycosylierung mit den tumor-assoziierten Tn- und STn-Saccharid-Antigenen. Zur Gewinnung von Vakzinen wurden diese Glycopeptid-Antigene über einen Spacer mit immunstimulierenden Komponenten verknüpft. Als Immunstimulanzien wurden ein T-Zell-Epitop aus dem Ovalbumin (OVA323-339) sowie die Carrier-Proteine Rinderserumalbumin (BSA) und Tetanus-Toxoid (TTox) verwendet. rnDie synthetischen MUC1-Glycopeptide wurden durch Immunisierung von Mäusen einer immunologischen Evaluierung unterzogen. Insbesondere die synthetischen MUC1-Glycopeptid-TTox-Vakzine lösen sehr starke Immunantworten aus. Es konnte gezeigt werden, dass die induzierten Antikörper stark an Tumorzellen und auch an Mammakarzinom-Gewebe binden, was für die Entwicklung von Antitumor-Vakzinen als vielversprechend einzustufen ist.