Functionally-associated target antigens in cancer. Defined by human antibodies and small interfering RNAs.

Abstract

Cancer is the collective name for diseases that have one thing in common ? uncontrolled cell growth. The increase in cancer cell proliferation eventually results in tumor formation and, in the worst case, metastatic spread to other organs. Common treatment modalities of cancer include chemotherapy and radiation therapy. However, these methods are associated with severe side effects as well as induced drug resistance. Accordingly, to improve cancer prognoses, the introduction of innovative therapies, based on novel cancer targets, is needed.



This thesis is based upon four original papers, in which we address this issue and seek for new targets for cancer intervention. Specifically, in Paper I, we used phage display to isolate a set of antibodies that bound to breast and pancreatic carcinoma cells, and upon binding to the surface receptors, induced internalization into the cells. In Paper II, we employed the technology described in Paper I to isolate an internalizing antibody, denoted INCA-X, toward pancreatic carcinoma cells. The corresponding antigen was identified as the Ku70/80 heterodimer, a nuclear protein that could also be localized on the cell surface of tumor cells, where it has previously been suggested to function in adhesion, migration and invasion processes. The anti-Ku70/80 antibody (INCA-X) was shown to be a good delivery vehicle for cytotoxic drugs into several different cancer cell lines (pancreatic, breast, prostate, colorectal cancer). In Paper III, we identified three receptors that upon antibody crosslinking could induce apoptosis in B cell lymphoma cell lines. These antigens were HLA-DR/DP, IgM, and ICAM-1. Finally, in paper IV, we used DNA microarray technology to generate a list of 46 genes that are overexpressed in mantle cell lymphoma compared to normal B cells. From this list, three target genes were identified, based on loss-of-function screening after silencing of the corresponding transcripts by siRNA. In conclusion, by employing differential proteomic and genomic approaches, several functionally-associated targets were identified. By interfering with these antigens (via antibodies or siRNAs), changes in cancer cell physiology were induced, thus pointing toward a potential for tumor intervention.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Cancer är ett samlingsnamn på sjukdomar som kännetecknas av okontrollerad celltillväxt. I friskt tillstånd växer kroppens celler kontrollerat. Cancertillståndet startar när någon av dessa celler förändras så att tillväxten ökar. När tillväxten ökar så tilltar också celldelningen. Om ingen åtgärd vidtas kommer cancern till slut att slå ut funktionen hos det organ som den angriper. För att upptäcka cancer kan man ta vävnadsprover, så kallade biopsier, men cancer kan också upptäckas genom blodprov. Ett exempel på detta är prostatacancer. När någon drabbas av denna sjukdom höjs koncentrationen av PSA (prostate specific antigen) i blodet. Prostatacancern kan snabbt diagnostiseras med ett blodprov och det finns förslag att alla män ska PSA-screenas. De olika behandlingsalternativen mot cancer är tveeggade; de effektiva metoderna, till exempel kemoterapi, dödar i regel de flesta cancercellerna men angriper även kroppens friska celler. I min avhandling har jag därför studerat möjligheterna att ta hjälp av komponenter från immunsystemet, i detta fall antikroppar, för att hitta alternativa behandlingssätt med inga eller begränsade biverkningar.



Vårt immunsystem tar dagligen hand om ett otal bakterier och virus som kroppen kommer i kontakt med. Immunsystemet kan agera på många olika sätt. Ett sätt är att bilda antikroppar mot främmande ämnen. Antikropparna har utvecklats för att se skillnad på ämnen som kroppen behöver och ämnen som är farliga för kroppen. Om ett ämne är farligt binder antikroppen till ämnet. Då rekryteras bland annat neutrofiler, makrofager och NK (natural killer) celler, viktiga komponenter i immunsystemet, med uppgift att eliminera det främmande ämnet.



Forskning inom bioteknik har möjliggjort framställning av antikroppar på konstgjord väg. Dessa antikroppar kan skräddarsys i laboratorium så att de kan binda till i stort sett vilket ämne som helst. Antikroppar har tidigare tagits fram mot en viss markör i urin som kan användas i graviditetstest. Antikroppar har även potential inom cancerforskning. Syftet är då att identifiera unika molekyler på cancerceller som antikroppen kan binda till. Dessa så kallade cancermarkörer kan vara receptorer på cancercellens yta. Receptorer fungerar som ?dörrar? vilka kan öppnas för att transportera in näring, hormoner och andra viktiga ämnen som krävs för att cellen ska fungera. Dessutom kan dessa receptorer skicka signaler in i cellen. Ett exempel på signalering är då en cell åldras eller av någon anledning behöver tas bort från kroppen. En viss molekyl, ligand, binder då till en receptor på cellytan och signalerar att cellen ska dö, programmerad celldöd.



I min avhandling har jag tagit i anspråk immunologiska tekniker för att hitta markörer som skiljer cancerceller och friska celler åt. De cancertyper som jag har studerat är bukspottskörtelcancer och olika typer av B cellslymfom. Gemensamt för dessa cancertyper är att de ofta upptäcks i långt framskridet stadium och att de är svårbehandlade. Genom att använda tekniken fag display har jag tagit fram antikroppar som binder till receptorer på dessa cancercellers yta. Vid bindningen till cancercellerna lämnas de flesta av kroppens friska celler orörda, vilket minskar risken för biverkningar. När antikropparna har bundit till cancercellerna kan de påverka dessa på olika sätt. Vissa av mina antikroppar internaliseras (transporteras in i cellen, vilket jag visade i artikel I) medan vissa sänder signaler in i cellen så att den dör genom programmerad celldöd (även kallat apoptos) (artikel III). En av våra internaliserande antikroppar var speciellt intressant, eftersom den kunde bära med sig ett cellgift in i bukspottskörtelcancern och därigenom döda tumörcellerna (artikel II). Jag har dessutom visat att den receptor som antikroppen binder till finns på vissa bröst-, prostata- och ändtarmscancerceller. Alla experiment har hittills utförts i små modellsystem på laboratoriet (in vitro). Det återstår nu att se om den uppmätta in vitro-effekten som jag påvisat är lika hög in vivo, det vill säga om tumörer i djur och människor kan behandlas. Redan nu finns ett antal terapeutiska antikroppar på marknaden. Mest känt och använt är läkemedlet Herceptin. Denna antikropp kan ges för behandling av bröstcancer. Eftersom antikroppar har visat sig vara användbara inom cancerterapi så finns potential för att någon av de studerade antikropparna i denna avhandling kan fungera som behandlingsmetod.



I den sista artikeln i avhandlingen (artikel IV) studerade jag en typ av B-cellscancer (Non-Hodgkin´s lymfom) som kallas mantelcellslymfom. Det är en ovanlig och mycket allvarlig cancerform. Idag finns inga effektiva behandlingsmetoder för denna sjukdom. Med syfte att hitta nya målstrukturer för terapeutiskt ingripande använde jag mig av två nya tekniker inom bioteknologi, DNA mikromatriser (även kallade genchips) och RNA interferens (RNAi). Genom att använda genchips kan man jämföra uttrycksnivån av alla gener, tiotusentals, i ett cellprov med ett annat. Jag valde att jämföra celler från ett mantelcellslymfom med friska B celler. Detta resulterade i en lista med genprodukter (46 stycken) som finns i högre koncentration i cancerceller än i friska celler. Det höga uttrycket av dessa genprodukter kan vara orsaken till att denna typ av cancer bildas och kan fortsätta att växa. Med hjälp av RNAi kunde jag sedan tillfälligt minska koncentrationen av dessa genprodukter, var för sig, och titta på hur detta påverkade cellernas tillväxt. När jag minskade koncentrationen av tre av dessa genprodukter slutade cellerna att växa. En av dessa tre genprodukter är en receptor på cancercellerna och det skulle därför vara av stort intresse att ta fram en antikropp mot denna receptor och på så sätt blockera cancertillväxten.



Sammanfattningsvis har jag studerat flera olika cancerformer och identifierat receptorer på cancerceller som kan angripas av konstgjorda antikroppar. När jag sökte efter sådana receptorer ställdes följande krav: De skulle finnas på cancerceller men inte, eller i låg koncentration, på friska celler. Dessutom skulle de vara funktionella och funktionaliteten skulle kunna utnyttjas för terapeutiskt ingripande. Resultaten visar att vissa av de receptorer som jag funnit kan internaliseras, och därmed transportera in ett cellgift i cancercellerna. Andra receptorer kan direkt inducera apoptos i cancercellerna. De inledande resultaten är lovande och fortsatta studier erfordras för att bestämma antikropparnas terapeutiska kapacitet in vivo.

• author: Fransson, Johan
• supervisor: Carl Borrebaeck
• opponent: Professor Winter, Greg, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, United Kingdom
• organization: Department of Immunotechnology
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Immunology in the medical area
• keywords: phage display, Antibody, cancer, transplantation, Immunologi, serologi, serology, Immunology, onkologi, Cytologi, cancerology, oncology, Biochemistry, Metabolism, Biokemi, metabolism, Biotechnology, Bioteknik, Cytology
• defense location: Seminar Room, BMC D15 Sölvegatan 19 Lund
• defense date: 2006-10-20 10:15:00
• ISBN: 978-91-628-6783-6
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 5decc108-1738-478b-80d5-d92c6f2f70a5 (old id 547281)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:19:11
• date last changed: 2018-11-21 21:10:16