Shiga toxin receptor Gb3Cer/CD77:tumor-association and promising therapeutic target in pancreas and colon cancer

BACKGROUND: Despite progress in adjuvant chemotherapy in the recent decades, pancreatic and colon cancers remain common causes of death worldwide. Bacterial toxins, which specifically bind to cell surface-exposed glycosphingolipids, are a potential novel therapy. We determined the expression of globotriaosylceramide (Gb3Cer/CD77), the Shiga toxin receptor, in human pancreatic and colon adenocarcinomas. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Tissue lipid extracts of matched pairs of cancerous and adjacent normal tissue from 21 pancreatic and 16 colon cancer patients were investigated with thin-layer chromatography overlay assay combined with a novel mass spectrometry approach. Gb3Cer/CD77 was localized by immunofluorescence microscopy of cryosections from malignant and corresponding healthy tissue samples. 62% of pancreatic and 81% of colon adenocarcinomas showed increased Gb3Cer/CD77 expression, whereas 38% and 19% of malignant pancreas and colon tissue, respectively, did not, indicating an association of this marker with neoplastic transformation. Also, Gb3Cer/CD77 was associated with poor differentiation (G>2) in pancreatic cancer (P = 0.039). Mass spectrometric analysis evidenced enhanced expression of Gb3Cer/CD77 with long (C24) and short chain fatty acids (C16) in malignant tissues and pointed to the presence of hydroxylated fatty acid lipoforms, which are proposed to be important for receptor targeting. They could be detected in 86% of pancreatic and about 19% of colon adenocarcinomas. Immunohistology of tissue cryosections indicated tumor-association of these receptors. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Enhanced expression of Gb3Cer/CD77 in most pancreatic and colon adenocarcinomas prompts consideration of Shiga toxin, its B-subunit or B-subunit-derivatives as novel therapeutic strategies for the treatment of these challenging malignancies

Charakterisierung tumor-assoziierter Glykosphingolipide von Tumoren des Gastrointestinaltraktes

Souady J. Charakterisierung tumor-assoziierter Glykosphingolipide von Tumoren des Gastrointestinaltraktes. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2009.Die Expression von Tumor-assoziierten Glykosphingolipiden (GSL) wurde im Zusammenhang mit Krebserkrankungen des Gastrointestinaltrakts untersucht. GSL sind Zelloberflächenstrukturen, die in Assoziation mit der Entartung von Zellen ein anormales Glykosylierungsmuster zeigen und aufgrund ihrer Exposition auf der Zelloberfläche potenzielle GSL Zielstrukturen für Krebstherapien sind. Sie werden aber auch von Tumorzellen freigesetzt, so dass Tumor-assoziierte GSL im Serum von Patienten auftreten und dort viel versprechende, diagnostische Marker darstellen. Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung Tumor-assoziierter GSL in hepatozellulären Karzinomen (hepatocellular cancer, HCC) durch den Vergleich der GSL-Expression in Tumor- und benachbartem Normalgewebe. Darüber hinaus wurden Serum-GSL von Magen- und Pankreaskrebspatienten untersucht. Für die GSL-Expressionsanalysen wurde eine Kombination aus (i) Dünnschichtchromatographie (DC), (ii) Overlay-Assay und (iii) direkter Infrarot Matrix-unterstützter Laser Desorption/Ionisation orthogonaler Flugzeit Massenspektrometrie (IR-MALDI-o-TOF-MS) verwendet. Diese Basistechnik wurde in der vorgelegten Doktorarbeit weiterentwickelt, indem unter anderem beim Overlay-Assay eine Mehrfachfärbung eingeführt wurde. Dieses Verfahren liefert, neben zahlreichen anderen Vorteilen, eine erhöhte Ausbeute hinsichtlich des Informationsgehalts der zu untersuchenden GSL-haltigen Proben. GSL-Expression in HCC. Die Expression der Ganglioside mit terminalen CD75s- und iso CD75s-Strukturen sowie der neutralen GSL Laktosylceramid (LacCer), Globotriaosylceramid (Gb3Cer) und Globotetraosylceramid (Gb4Cer) wurde in 35 HCC- und den zugehörigen benachbarten, normalen Vergleichsgeweben bestimmt. CD75s-I und iso-CD75s-I zeigen in 35 Prozent bzw. 41 Prozent der Tumoren eine erhöhte Expression. Das zytotoxische Pflanzenlektin Viscumin, das gegenwärtig in klinischen Studien der Phase II als Krebstherapeutikum geprüft wird, bindet hochspezifisch an CD75s-Strukturen. Demzufolge könnte Viscumin zukünftig im Rahmen einer individualisierten Therapie bei HCC-Patienten eingesetzt werden, deren Tumore eine CD75s-Überexpession aufweisen. Die untersuchten neutralen GSL zeigen hingegen eine reduzierte Expression in HCC, die im Fall von LacCer und Gb3Cer signifikant ist. Shiga Toxin 1 ist ein potenzielles Krebstherapeutikum, das hochspezifisch an Gb3Cer als Zielstruktur bindet. Es eignet sich jedoch aufgrund der erzielten Ergebnisse nicht für eine Behandlung von HCC. Dagegen könnte die LacCer-Expression, die vor allem in Tumoren des Frühstadiums stark verringert ist, bei der einer für den therapeutischen Erfolg wichtigen frühen Diagnose und Einschätzung nützlich sein. Serumganglioside von Magenkarzinom- und Pankreasadenokarzinom-Patienten. Hochkomplexe Serumganglioside der Neolakto-Serie wurden mit Hilfe der neu entwickelten DC-Overlay-Assay-Mehrfachfärbung gegen CD75s, CD15s (Sialyl-Lewisx) und iso CD75s nachgewiesen und mittels direkter IR-MALDI-o-TOF-MS strukturell charakterisiert. Das Vorhandensein derartig kompliziert aufgebauter Ganglioside wurde in der vorgelegten Doktorarbeit erstmalig für Serum beschrieben. Bei der Erstellung von Vergleichsprofilen der genannten Ganglioside für insgesamt 100 Serumproben von Karzinom-Patienten und Krebs-freien Individuen handelt es sich ebenfalls um Erstbeschreibungen. Neben signifikant veränderten Serumkonzentrationen einzelner Ganglioside konnten zwei bemerkenswerte Entwicklungen im Zusammenhang mit dem Stadium der Erkrankung festgestellt werden, die unabhängig von der Krebsart sind. Mit zunehmender Tumorgröße zeigen hoch komplexe CD15s- und iso CD75s-Ganglioside rückläufige Konzentrationen. Dagegen weisen iso CD75s-Ganglioside mittlerer Komplexität einen Zusammenhang mit der Präsenz und Anzahl der Lymphknotenmetastasen auf. Es ist anzunehmen, dass diese Veränderungen sekundäre Effekte darstellen, die möglicherweise den Einfluss der Erkrankung auf das Immunsystem widerspiegeln. Weitere Untersuchungen werden zeigen, inwieweit diese Ganglioside als diagnostische Marker für verschiedene Tumorerkrankungen klinische Bedeutung erlangen werden