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Bibliographic Metadata

Title
Significance of the expression of carbonic anhydrase IX in models of ovarian cancer, gastric cancer and small cell lung cancer / submitted by Lukas Klameth, MSc
Additional Titles
Signifikanz der Expression der Carboanhydrase IX in den Modellen des Ovarialkarzinoms, Magenkarzinoms und des kleinzelligen Lungenkarzinoms
AuthorKlameth, Lukas
Thesis advisorHamilton, Gerhard
PublishedWien, 02/2017
DescriptionXV, 119 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2017
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diss., 2017
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionFebruary 2017
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Carboanhydrase IX / kleinzelliges Lungenkarzinom / Magenkarzinom / Ovarialkarzinom / zirkulierende Tumorzellen
Keywords (EN)Carbonic anhydrase IX / small cell lung cancer / gastric cancer / ovarian cancer / circulating tumor cells / ARDS / BAL / cytospin / FACS / flow cytometry / acute respiratory distress / ALI
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-10597 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Significance of the expression of carbonic anhydrase IX in models of ovarian cancer, gastric cancer and small cell lung cancer [2.97 mb]
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Abstract (German)

Sowohl das Magenkarzinom, Ovarialkarzinom und das kleinzellige Lungenkarzinom (SCLC) sprechen auf eine Platinum-basierte Ersttherapie sehr gut an, jedoch entsteht in den meisten Fällen binnen kurzer Zeit ein therapieresistenter Rückfall. In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression der Carboanhydrase 9 (CAIX) und des Hitzeschockproteins 90 (HSP90) in Tumorproben und Tumorzelllinien untersucht und deren Potenzial als mögliche Therapieziele evaluiert. Besonders CAIX ist von Interesse in der Krebstherapie, da dieses Protein unter physiologischen Konditionen nur im Gastrointestinaltrakt vorkommt, jedoch regelmäßig in verschiedenen soliden Tumoren überexprimiert wird. HSP90 interagiert mit mutierten Onkogenen, inklusive mutiertem p53, und trägt somit zu deren Stabilisierung und Tumorprogression bei.

In der Klarzell-Ovarialkarzinom Zelllinie ES2 wurde eine konstitutive Expression von CAIX festgestellt, welche mit einer hohen Konzentration von löslichem CAIX (sCAIX) im Zellkulturüberstand einhergeht. Eine Behandlung dieser Zellen mit Cisplatin veränderte die CAIX Expression in einer dosisabhängigen Weise, jedoch nicht auf eine konsistente Art. Des Weiteren wurden hohe sCAIX Konzentration in Aszitesproben von Ovarialkarzinompatientinnen mit verschiedener Histologie detektiert aber nur in einer Subpopulation von Patienten wurden diese auch in Serumproben gefunden. Nachdem die bestehende Kombinationstherapie aus einem CAIX Inhibitor, C207A, und Carboplatin antagonistisch in einem erhöhten Zellüberleben resultierte, kann CAIX nicht als mögliches Ziel für eine Therapie in Betracht gezogen, aber möglicherweise als Marker für die Prognose herangezogen werden.

Magenkarzinome weisen in hoher Frequenz p53 Mutationen auf. Nachdem bekannt ist, das HSP90 solch mutierte Onkogene stabilisieren kann, wurde die Inhibition von HSP90 via Ganetespib in verschieden Magenkarzinomzelllinien mit verschiedenen p53 Mutationen untersucht: MKN1 (Mutation im Kodon 143), MKN28 (Mutation im Kodon 257) und MKN45 (Wildtyp). Zytotoxische Effekte von Ganetespib konnten nur in der rasch proliferierenden Zelllinie MKN28 festgestellt werden, jedoch nicht in MKN1 und MKN45 Zellen. In Kombination mit Oxoplatin (cis, cis, trans-diammine-dichlorido-dihydroxido-platinum(IV)), einer oral aktiven Platinumsubstanz, wurden synergistische Effekte mit Ganetespib beobachtet. Des Weiteren reduzierte sich die Phosphorylierung von p53, Akt1/2/3, PRAS40, und WNK1 nach Behandlung mit Ganetespib. Diese stellen daher potentielle neue Ziele für eine Therapie des Magenkarzinoms dar. Außerdem wurde die CAIX Expression in der Anwesenheit von Ganetespib nahezu komplett unterdrückt.

Unsere Gruppe war in der Lage stabile zirkulierende Tumor (CTC) Zelllinien von metastasierten SCLC Patienten zu etablieren. In dieser Arbeit wurde der neuroendokrine Ursprung dieser Zellen durch die Bestätigung der mRNA Expression von Chromogranin A, Synaptophysin und Enolase 2 festgestellt. In allen CTC Zelllinien wurde die spontane Formation von Sphäroiden, sogenannten Tumorosphäroide, beobachtet. Diese Tumorosphäroide zeigen eine deutlich höhere Resistenz gegenüber den bei SCLC verwendeten Chemotherapeutika im Vergleich zu Einzelzellkulturen. Des Weiteren besitzen diese Strukturen einen hypoxischen/nekrotischen Kern mit einhergehender CAIX Expression. Deswegen kann die Therapieresistenz des SCLC durch eine limitierte Diffusion der Wirkstoffe, sowie durch das Vorliegen von ruhenden und hypoxischen Zellsubpopulationen erklärt werden.

Zusammengefasst stellt CAIX einen guten Marker für Hypoxie dar, jedoch ist die effektive Verwendung als Therapieziel durch die Anwesenheit hoher Konzentration von sCAIX und den limitieren Zugang zu hypoxischen Tumorarealen eingeschränkt.

Abstract (English)

Gastric cancer, ovarian cancer and small cell lung cancer (SCLC) show a very good initial response to platinum-based first-line therapy, but chemoresistant relapse is seen in most cases within a short time after treatment onset. In the thesis at hand, we studied expression of carbonic anhydrase IX (CAIX) and heat-shock protein 90 (HSP90) in tumor-derived samples and evaluated their potential as novel targets for improvement of patient survival. CAIX was of particular interest since its physiological expression is restricted to few tissues of the gastrointestinal tract, but it is frequently found to be overexpressed in various solid tumors. HSP90 is known to stabilize mutated oncogenes, including p53, and thereby contributes to tumor progression.

In the clear cell ovarian cancer cell line ES2 we found constitutive expression of CAIX with high levels of soluble CAIX (sCAIX) in the supernatant. Cisplatin treatment of these cells altered expression of CAIX in a dose-dependent manner, but not in a consistent way. Furthermore, high levels of sCAIX could be detected in ascites of ovarian cancer patients of various histology, while serum sCAIX levels were found in only in a subpopulation of patients. Because combinational therapy of the CAIX inhibitor C207A and carboplatin resulted antagonistically in increased cancer cell survival, CAIX is not a suitable target for therapy but may be used as prognostic marker.

In gastric cancer, p53 is one of the most frequently mutated genes. Since HSP90 is thought to stabilize such mutated oncogenes, inhibition of HSP90 with ganetespib was evaluated in gastric cancer cell lines comprising different p53 mutations: MKN1 (mutation at codon 143), MKN28 (mutation at codon 257) and MKN45 (wild type). Ganetespib treatment alone resulted in cytotoxic effects in fast proliferating MKN28 cells but not in MKN1 and MKN45 cells. In contrast, synergistic effects of ganetespib in combination with the orally active oxoplatin (cis,cis,trans-diaminodichlorido-dihydroxido platinum(IV)) could be observed in all cell lines. Phosphorylation of p53, Akt1/2/3 and PRAS40, as well as of WNK1 was reduced in response to ganetespib treatment such identifying new targets in gastric cancer. CAIX expression was almost completely abolished by ganetespib.

Our group had previously established five stable circulating tumor cell (CTC) cell lines from extended stage SCLC patients. In this work, neuroendocrine origin of these cells was shown by demonstrating mRNA expression of chromogranin A, synaptophysin and enolase 2. All CTC cell lines display spontaneous formation of large spheroids, termed tumorospheres. Compared to single cell cultures, tumorospheres exhibit severalfold higher resistance to standard SCLC chemotherapeutics. These structures comprise hypoxic/necrotic cores with adjacent CAIX expression and, thereby, chemoresistance seems to be caused by limited drug penetration and the presence of quiescent and hypoxic cell populations.

In conclusion, CAIX represents a hypoxic marker for tumor cells but targeting of CAIX may be not possible due to high concentrations of soluble fragments and limited access of hypoxic tumor regions.

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