Charakterisierung glykosylierungsspezifischer Unterschiede zwischen Normal- und Tumorgewebe beim Kolonkarzinom

Abstract

Das Kolorektale Karzinom ist in der „westlichen Hemisphäre“ eines der häufigsten Krebstodesursachen. Die Bildung und Absiedlung von Metastasen wird durch veränderte Zelloberflächenglykosylierung der Tumorzelle begünstigt. Dabei spielen sialierte und fucosylierte Glykane wie Sialyl-Tn und Sialyl- Lewis-x und -a eine tragende Rolle bei der Adhäsion an Gefäßendothelien. Eine Vielzahl von Enzymen ist notwendig, um die Bildung dieser antigenen Strukturen hervorzubringen. Es existieren bisher nur wenig Daten zum Expressionsverhalten jener Gene, deren Genprodukte nachweislich für die Synthese von Sialyl-Tn sowie Sialyl-Lewis-x und -a beim Kolorektalen Karzinom verantwortlich sind. Dieser Arbeit ging eine Studie mittels Microarraytechnologie voraus, welche mehrere hundert Gene auf Expressionsverhalten zwischen Normal- und Tumorgewebe beim Kolorektalen Karzinom (Stadium UICC I und II) untersuchte. Die Validierung dieser Microarraydaten mittels quantitativer real time Polymerasekettenreaktion stellt ein Ziel der vorliegenden Arbeit dar. Dazu wurden 5 Gene (GNE, NANP, ST6GALNAC1, ST3GAL4 und FUT3) ausgewählt, die bei der MA-Analyse signifikante Unterschiede zwischen Normal- und Tumorgewebe zeigten und an der Bildung der genannten Liganden beteiligt sind. Ausserdem wurden die zwei Gene (UGT2B17 und HS6ST2) nachuntersucht, die den größten positiven und negativen Expressionsunterschied zwischen den Geweben aufwiesen. Für ST6GALNAC1 und NANP wurde zudem eine Proteinexpressionsanalyse mittels Immunhistochemie durchgeführt, um deren Genexpressionsverhalten auf Proteinebene zu bestätigen. Die MA-Ergebnisse konnten zu weiten Teilen durch hochsignifikante Korrelationen bestätigt werden. Für vier der sieben untersuchten Gene konnten mit Hilfe des Wilcoxon Testes hochsignifikante Unterschiede der Genexpression zwischen Normal- und Tumorgewebe ermittelt werden. Der Verdacht, dass NANP möglicherweise ein bisher unbekannter molekularer Biomarker für das Kolonkarzinom ist, konnte aufgrund mangelnder Proteinexpression von NANP im Tumorepithel nicht bestätigt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass ST6GALNAC1, welches bekannterweise an der Synthese des Sialyl-Tn-Antigens beteiligt ist, beim Kolonkarzinom in seiner Gen- und Proteinexpression abnimmt. Da Sialyl-Tn bereits in mehreren Studien vermehrt auf Kolorektalen Karzinomen gefunden wurde, liegt der Verdacht nahe, dass ST6GALNAC1 bei diesem Tumorleiden nicht für die Synthese von Sialyl-Tn verantwortlich ist. Hochinteressant und noch nie zuvor beschrieben ist der Genexpressionsverlust von UGT2B17 beim Kolonkarzinom. Eine Grundlage für neue Therapieoptionen? Für die Gene GNE, ST3GAL4 und FUT3 konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen Normal- und Tumorgewebe ermittelt werden, jedoch bieten diese Gene mögliche Therapieansatzpunkte, da sie nachweislich an der Sialinsäurebiosynthese bzw. der Expression von Sialy-Lewis x und a beteiligt sind. Die vorliegende Arbeit dient der Grundlagenforschung um mögliche Angriffspunkte für neuartige Therapieverfahren offen zu legen.

In western civilized countrys colorectal cancer (CRC) is one of the main cancer related causes of death. Alteration of cell surface glycosylation is told to be one reason of metastatic development. Sialylated and fucosylated glycans, like Sialyl-Lewis x an a, such as Sialyl Tn, play an important roll as ligands for adhasion to vascular endothelial tissue. For generating these ligands, a variety of enzyms is inalienable. Still, little is known about gene expression of those gens in CRC, which are responsible for the synthesis of Sialyl Tn and Sialyl Lewis x and a. In a previous study a gene expression analysis on tissue of normal and cancerous mucosa of the colorectum (stage UICC I and II) was conducted, using microarray technology. One aim of this work was the validation of the present data using real time PCR. The examination was made with 5 genes (GNE, NANP, ST6GALNAC1, ST3GAL4 and FUT3), which showed significant differences in gene expression between the tissues on the microarray and are responsible for the synthesis of the mentioned ligands. In addition, two genes (UGT2B17 and HS6ST2) were examined, showing the biggest postive and negative difference in gene expression between the tissues. To find out if gene expression behaviour is also seen on protein level, immunhistochemical staining with ST6GALNAC1 and NANP was conducted. Mostly, a high significant correlation between the data of the two studies was found. Using the Wilcoxon test, high significant differences in gene expression between the tissues was found for four of the seven investigated genes. NANP could not be confirmed to be an unknown molecular biomarker for colon cancer, showing poor protein expression in cancerous mucosa. Futhermore, this study reveals the loss of gene and protein expression of ST6GALNAC1 in cancerous colonic mucosa. As previous studies showed, the enzyme ST6GALNAC1 is part of sythesising the Sialyl Tn antigen, an antigen often detected on CRC and marker for poor prognosis. This study supposes ST6GALNAC1 not beeing responsible for the Sialyl Tn expression on CRC. Exciting and never mentioned in any study before was the decrease in gene expression of UGT2B17 in cancerous colonic mucosa. Base for new therapies? No significant difference in gene expression between normal and cancerous colonic mucosa was found for GNE, ST3GAL4 and FUT3. Anyway, these genes might be an interesting target for new therapeutic methods, because they are involded in the biosythesis of sialic acids or the sythesis of Sialyl-Lewis x and a. The fundamental research in this study was done to find new potential targets for the treatment of CRC.