Glycosylation is an important co- and posttranslational modification that
frequently occurs in proteins. Glycans are of biological relevance as they
affect many fundamental functions and properties of proteins including the
structural, intracellular and immunological aspects. Malignant transformations
are associated with qualitative and quantitative changes of glycan structures
of all cellular glycoproteins and glycolipids. These changes could be
confirmed on cells and in tissues of all experimentally-induced or naturally
occurring malignancies that were analysed so far regardless of type, stage and
cause of tumors. As glycans can reflect the normal or abnormal status of an
individual, glycan-based biomarkers are of great interest for the diagnosis of
multiple diseases including cancer and inflammation. Serum is the liquid
fraction that is obtained after whole blood has been allowed to clot. It is
considered to be a biological fluid suitable for biomarker discovery as it is
relatively stable under various conditions as well as it is rich in
glycoproteins. In the present work, whole serum from patients suffering from
epithelial ovarian cancer (EOC) in all disease stages was analyzed and
compared with age-matched healthy subjects and women suffering from benign
ovarian masses. Further, the diagnostic performance of the proposed biomarker
candidate was compared with CA125, the routine diagnostic marker, to assess
whether total serum glycome can be used as a biomarker for early-stage
diagnosis. For this purpose, N-glycans were digested from total serum
glycoproteins, previously denatured, using the PNGase F enzyme. Samples were
subsequently purified and permethylated. The characterization of total
N-glycan profile was performed using MALDI-TOF mass spectrometry and glycan
structural isomericity was confirmed using MALDI-TOF/-TOF-MS. The statistical
evaluation of potential biomarker candidates was done using the SPSS software.
Quantitative and qualitative changes in the serum N-glycome from EOC patients
were expressed for the first time as a ratio that can be used as a tumor
marker, which is independent from CA125 as serum glycoproteins stem from the
liver whereas CA125 is expressed by the tumor itself. The proposed biomarker
candidate, termed as GLYCOV, has proved its worth at any disease stage and
allows discrimination between ovarian cancer and the control group consisting
of patients with benign ovarian masses. More than one third of ovarian cancer
patients develop ascites in the course of the disease, and almost all of them
in case of cancer recurrence. The presence of ascites is usually correlated
with a bad diagnosis. As this event occurs at late stages of EOC, ascites
cannot be used for early-stage biomarker discovery. The exploration of ascites
glycome is rather thought to complete integrated bioinformatics data and to
identify usable putative biomarkers that assess treatment response of ovarian
cancer. In this thesis are reported for the first time the N-glycome profiles
of ascitic fluid from primary serous EOC patients that are compared with the
serum N-glycome of the same patients to overcome individual-specific
glycosylation pattern. For the first time, it could be demonstrated that the
glycome modulations previously reported in ovarian cancer serum were also
present in ascites. In addition, statistical differences between ascites and
serum samples were observed for glycan antennarity, sialylation and
fucosylation.Glykosylierung ist eine wichtige und häufig vorkommende co- und
posttranslationale Modifikation der Glykoproteine. Glykane sind von wichtiger
biologischer Relevanz und beeinflussen die strukturellen Eigenschaften sowie
die intrazellulären Funktionen von Proteinen. Maligne Transformationen gehen
mit quantitativen und qualitativen Strukturveränderungen der Glykane von
zellulären Glykoproteinen und Glykolipiden einher. Diese Veränderungen konnten
in Zellen und Gewebe aller bislang untersuchten experimentell induzierten oder
natürlich vorkommenden Tumore ohne Rücksicht auf den Typ, das Stadium oder die
Ursache der Entstehung nachgewiesen werden. Da die Glykane den physiologischen
und pathologischen Status eines Individuums reflektieren können, bieten
glykanbasierte Serumtumormarker neue Ansätze zur Diagnostik bösartiger Tumore
und Entzündungskrankheiten. Serum ist eine biologische Flüssigkeit, welche man
nach Zentrifugation einer geronnenen Blutprobe erhält. Im Labor hat sich das
Serum vor allem wegen dessen Stabilität unter diversen Bedingungen und der
hohen Proteinkonzentration als eine geeignete Quelle für die Erforschung
neuartiger Biomarker bewährt. Das Ziel dieser Arbeit war es, das Serum eines
Patientinnenkollektivs mit epithelialen Ovarialkarzinomen zu untersuchen,
wobei die Proben alle Stadien der Krankheit umfasst. Anschließend erfolgte ein
Vergleich mit alterskorrelierten Kontrollseren von gesunden Probandinnen und
Patientinnen mit gutartigen Ovarialtumoren. Im Folgenden, sollte die
diagnostische Leistung des vorgeschlagenen, potentiellen Biomarkers mit der
von CA125 verglichen werden. CA125 ist aktuell der einzige, klinisch erprobte
und routinemäßig eingesetzte Tumormarker für die Diagnose von
Ovarialkarzinomen. Für diesen Zweck wurden die N-Glykane von zuvor
denaturierten Serum- Glykoproteinen unter Verwendung von PNGase F enzymatisch
abgespaltet, aufgereinigt und permethyliert. Das N-Glykanprofil wurde mittels
MALDI-TOFMassenspektroskopie charakterisiert und die Strukturisomere mit
MALDI-TOF/-TOFMS bestätigt. Die statistische Evaluierung des potentiellen
Biomarkers wurde mit Hilfe von SPSS-Software durchgeführt. Die beobachteten
quantitativen und qualitativen Veränderungen des Serum-N-Glykoms von
Patientinnen mit epithelialen Ovarialkarzinom wurden gegenüber gesunden
Kontrollen in Form eines Quotienten ausgedrückt. Trotz der Tatsache, dass die
Serum-Glykoproteine überwiegend in der Leber synthetisiert werden während
CA125 vom Tumor exprimiert wird, konnte der CA125 unabhängige Quotient als
potentieller Tumormarker für die Diagnose von epithelialen Ovarialkarzinomen
eingesetzt werden. Der als GLYCOV bezeichnete Biomarker konnte für jedes
Stadium der Krankheit und für die Diskriminierung zwischen Ovarialkarzinomen
und gutartigen Ovarialtumoren validiert werden. Mehr als ein Drittel der
Frauen mit Ovarialmalignomen entwickeln im Verlauf der Krankheit und bei fast
jedem Rückfall Aszites. Die Gegenwart von Aszites korreliert mit einer
schlechten Prognose. Aufgrund der Tatsache, dass Aszites überwiegend in
Spätstadien auftritt, ist es als biologische Flüssigkeit nicht für die
Erforschung neuer Biomarker geeignet. Die Erforschung des Aszites-N-Glykoms
könnte aber dennoch existierende Daten aus der Bioinformatik erweitern und
dazu beitragen einen geeigneten Biomarker für das Ansprechen auf die
Behandlung des Ovarialkarzinoms zu identifizieren. In dieser Arbeit konnte
erstmalig das Aszites-N-Glykom-Profil, welches Patientinnen mit primären,
serösen, epithelialen Ovarialkarzinomen entnommen wurde, dem Serum-N-Glykom-
Profil gegenübergestellt werden. Die Vergleichsseren stammten von denselben
Probandinnen, um die individuumspezifischen Unterschiede beim Vergleich beider
N-Glykan-Profile auszuschließen. Den Beobachtungen zufolge konnten im Aszites
dieselben N-Glykan-Modulationen nachgewiesen werden, welche zuvor in Serum von
Ovarialkarzinompatientinnen beobachtet wurden. Zusätzlich konnten statistisch
relevante Unterschiede hinsichtlich der Antennarität, Fukosylierung und
Sialylierung herausgestellt werden