Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6865

Differentielle Immunisierungstechniken als eine Methode um neue Antigene zu entdecken, die mit Tumorprogression und Metastasierung assoziiert sind

Jörg Mengwasser

Zusammenfassung
Das Verstandnis der Prozesse der Tumorprogression und Metastasierung erfordert die Identifizierung von spezifischen Molekülen, die uns neues Wissen über diese Prozesse vermitteln ko nnen. Ich habe in der vorliegenden Doktorarbeit gezeigt, dass die subtraktive Immunisierung eine der Methoden der Wahl ist und bleibt, um solche spezifischen Moleküle zu entdecken und zu charakterisieren. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf die Veränderungen auf der Zelloberfläche gelegt, die für die Tumorprogression und Metastasierung von entscheidender Wichtigkeit sind.

Ein schon identifiziertes Molekül aus einer früheren subtraktiven Immunisierung wurde von mir weiter charakterisiert, um eine Vorstellung von der Funktion dieses Antigens im normalen Gewebe, als auch auf der Tumorzelle zu erhalten. Das M-N#1 Antigen scheint eine wichtige Rolle in der Progression von Tumoren zu spielen und es hat eine Funktion im involutierenden Brustgewebe, wobei die weitere Aufklärung dieser Funktion sicherlich zum Verständnis im Tumor beiträgt.

Bei der von mir durchgeführten subtraktiven Immunisierung konnte ich spezifische Antikörper isolieren, die Antigene auf der hochmetastasierenden Zelllinie AT6.1 erkennen. Diese Antigene scheinen ebenfalls eine Funktion in der Tumorprogression zu spielen, da die Antikörper in Versuchen das Tumorwachstum deutlich reduzieren konnten. Die Identifizierung und Charakterisierung dieser Antigene wird uns weitere Hinweise für die erforderlichen Veränderungen von Tumorzellen auf ihrer Zelloberfläche geben.

Es besteht immer noch ein eklatanter Mangel an Molekülen, die im Serum nachgewiesen werden können und die Diagnose von Krebs in frühen Stadien ermöglichen, aber auch den Verlauf einer Therapie überwachen können. In der von uns entwickelten Serum Immunisierung wurde von mir versucht, dem Ansatz, solche Moleküle zu identifizieren, gerecht zu werden. Ich konnte acht Antikörper isolieren, die Moleküle im Serum erkennen, die vom Tumor sezerniert oder abgespalten werden. Einer dieser Antikörper erschien als besonders interessant, da das von ihm gebundene Antigen auf vielen humanen Tumorzelllinien exprimiert wird.

Es gelang mir, die Antigene zu identifizieren, die sich als Prohibitin und BAP37 herausstellten. Über die Funktionen beider Proteine ist noch nicht viel bekannt. Als Komplex wird ihnen eine Rolle in der Mitochondrienmembran als Chaperon zur Stabilisierung mitochondrialer Proteine zugesprochen. Prohibitin soll im Nukleus mit RB interagieren und somit die Funktion von E2F modulieren. BAP37 soll unter dem Namen REA (repressor of estrogen activity) das Binden von Koaktivatoren an den Östrogenrezeptor kompetetiv inhibieren. Bei der Seneszenz scheinen beide Proteine eine wichtige Rolle zu haben. Auch sind beide Proteine anscheinend in B-Zellen an den IGM Rezeptor gebunden, welche Funktion sie dort haben, ist nicht bekannt. Obwohl beide Proteine im Nukleus und im Zytoplasma vorkommen, bindet mein isolierter Antikörper in Immunfluoreszenzstudien nur im Zytoplasma, was vielleicht auf eine veränderte Konformation schließen lässt, die mit einer veränderten Funktion einhergehen könnte. Ich konnte als erster für diese Proteine eine Zelloberflächenexpression oder eine Sezernierung/Abspaltung zeigen.

Es konnte von mir gezeigt werden, dass die subtraktive Immunisierung eine funktionelle Methode darstellt, spezifische Moleküle zu entdecken, die mit Tumorprogression und Metastasierung assoziiert sind. Die von uns entwickelte Serum-Immunisierung konnte etabliert werden und erscheint als sehr nützlich, neue Marker zu identifizieren, die eine frühe Diagnose und das Überwachen eines Therapieverlaufs ermöglichen könnten.

Differential immunization as a method to discover new antigens that are associated with tumour progression and metastasis

Abstract
To understand the processes of tumour progression and metastasis one has to identify specific molecules which can impart to us new knowledge of these processes. In this doctoral thesis I have shown that the subtractive immunization is and remains one of the major methods for discovering and characterizing such specific molecules. Special attention is directed here to the changes on the cell surface, which is highly relevant for tumour progression and metastasis.

I have continued characterizing a molecule that has already been identified in a previous subtractive immunization in order to get an idea of how this antigen works in normal tissue as well as in tumour cells. The M-N#1 antigen seems to be very important for the progression of tumours and it plays a role in involuting breast tissue. The further elucidation of this function will certainly contribute to the comprehension of tumours.

In the subtractive immunization I performed, I was able to isolate specific antibodies which recognize antigens on the highly metastasizing cell line AT6.1. These antigens also seem to play a role in tumour growth since the antibodies could clearly reduce tumour growth in experiments. Identifying and characterizing these antigens will give us further indications of necessary changes of the cell surface of tumour cells.

There is still a blatant lack of molecules that can be identified in serum, which make possible a diagnosis of cancer at an early stage as well as to control the course of therapy. By the novel approach of serum immunization I tried to identify such molecules. I could isolate eight antibodies which in the serum discern molecules secreted or shedded by the tumour. One of these antibodies seemed to be particularly interesting since the antigen bound by it is expressed in many human tumour cell lines.

I succeeded in identifying the antigens which turned out to be Prohibitin and BAP37. We do not yet know much about the functions of these two proteins. As a whole they are assigned a role in the mitochondria membrane as a chaperon to stabilize mitochondrial proteins. Prohibitin is supposed to interact with RB in the nucleus and thus to modulate the function of E2F. BAP37 under the name of REA (repressor of estrogen activity) is supposed to competitively inhibit the ligation of co-activators to the estrogen receptor. Both proteins seem to play an important role in senescence. Also both proteins are apparently ligated to the IgM receptor in B-cells. Their function is unknown. Even though both proteins are found in the nucleus and in the cytoplasm, the antibody I isolated binds in immunofluorescent studies to prohibitin/BAP37 only in the cytoplasm. This may indicate a modified conformation possibly associated with a modified function. I am the first who could show a cell surface expression or a secretion for these proteins.

I was able to show that subtractive immunization is a functional method for discovering specific molecules associated with tumour progression and metastasis. I successfully developed and established the novel technique of serum immunization. It seems to be very useful for identifying new tumour markers in the blood which could make possible early diagnosis and control of the course of therapy.

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