L1-Zelladhäsionsmolekül

Ein vielversprechendes Zellmembranprotein für therapeutische Interventionen

Leading Opinions

Autor:

Nastassja Terraneo, MSc

Paul Scherrer Institut (PSI) Zentrum für Radiopharmazeutische Wissenschaften Villigen E-Mail: juergen.gruenberg@psi.ch

Autor:

Dr. rer. nat. Jürgen Grünberg

26.12.2019

Das L1-Zelladhäsionsmolekül (L1CAM) ist ein Zelloberflächen-Glykoprotein aus der Immunglobulin(Ig)-Superfamilie, das ursprünglich im Nervensystem gefunden wurde. Im Laufe der Zeit hat sich L1CAM als krebsassoziiertes Molekül herauskristallisiert, dessen Expression häufig mit einer schlechten Prognose verbunden ist. Die eingeschränkte Expression in gesundem Gewebe macht L1CAM zu einem attraktiven Ziel für eine therapeutische Intervention. <hr /> Das L1-Zelladhäsionsmolekül (L1CAM) ist ein 200–220 kDa grosses Transmembran-Glykoprotein mit sechs Ig-ähnlichen Domänen und fünf Fibronektin-Typ-III-Wiederholungen auf der extrazellulären Seite, gefolgt von einer Transmembranregion und einem hochkonservierten zytoplasmatischen Teil (Abb. 1).1 Das Zelladhäsionsmolekül ist wichtig für die neuronale Entwicklung (neuronales Wachstum, Migration und axonale Navigation) beim Menschen und Mutationen führen zu schweren neuronalen Störungen.2 Nach den ersten Berichten über die L1CAM-Expression in Neuroblastomen3 ist die Liste an L1CAM- positiven Krebserkrankungen stetig angewachsen.4 Eine kurze Übersicht der L1CAM-Expression bei ausgewählten Tumorerkrankungen ist in Tabelle 1 zusammengestellt. Eine wesentlich ausführlichere Zusammenstellung wurde von Altevogt et al.4 publiziert. Am Zentrum für Radiopharmazeutische Wissenschaften des Paul Scherrer Instituts haben wir den chimären monoklonalen Antikörper chCE7 für Radioimmundiagnostik und Therapie für Neuroblastome entwickelt. Erste klinische Studien zeigten eine hervorragende Bildgebung von Neuroblastom-Metastasen.5 Leider konnte eine geplante Therapiestudie an Patienten mit Neuroblastom nicht mehr durchgeführt werden, da die Charge des chCE7 für klinische Versuche aufgebraucht wurde. Im Laufe der Zeit zeigten viele präklinische Studien mit unterschiedlichen Tumormodellen, dass sich das L1CAM als Zielmolekül für radioimmuntherapeutische Anwendungen eignen würde,6 insbesondere bei Ovarialkarzinomen, bei denen L1CAM häufig überexprimiert wird7. Bisher allerdings waren radioimmuntherapeutische Ansätze bei Eierstockkrebs nicht erfolgreich. Eines unserer Ziele ist es, die Wirkung einer Radioimmuntherapie (RIT) für Ovarialkarzinome zu verbessern. <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2019_Leading Opinions_Onko_1907_Weblinks_s19_abb1.jpg" alt="" width="304" height="899" /> <h2>Kombinationen mit Paclitaxel und Proteinkinase-Inhibitoren</h2> Wir haben Expressionssysteme für die Eigenproduktion von Antikörpern8 und Techniken zur Antikörpermarkierung mit verschiedenen Radionukliden zur Diagnose9, 10 und Therapie5, 11–13 etabliert. Für unsere Untersuchungen verwendeten wir Radionuklide wie Kupfer-64/67 (64/67Cu), Lutetium-177 (177Lu) und Terbium-161 (161Tb) bzw. Iod-131 (131I). Die Antikörper wurden mit verschiedenen Chelatorsystemen derivatisiert und ein Verfahren zur ortsspezifischen und stöchiometrischen Modifikation von Antikörpern mittels Transglutaminase wurde eingeführt.14, 15 Wir fanden, dass der Anti-L1CAM-Antikörper chCE7 an die sechste Ig-Domäne des menschlichen L1CAM bindet, welche eine einzelne RGD-Sequenz zur Bindung an Integrine enthält (Abb. 1). Der monoklonale Antikörper chCE7 hemmt die Bindung von L1CAM an Integrine.16 Wir kombinierten erfolgreich Paclitaxel (PTX) mit 177Lu-RIT.17 PTX gehört zur Gruppe der Mikrotubuli-stabilisierenden Wirkstoffe, die die Tumorzellen in der strahlenempfindlichsten G2/M-Phase des Zellzyklus anhalten. In einem Ovarialkarzinom-Xenograft-Modell konnten wir zeigen, dass die Kombinationstherapie das Tumorwachstum im Vergleich zu den Monotherapien signifikant verzögerte, was einherging mit einer signifikanten Verlängerung des Gesamtüberlebens. Während der Kombinationsbehandlung wurden keine Anzeichen toxischer Nebenwirkungen beobachtet.17 Des Weiteren kombinierten wir fünf klinisch relevante Proteinkinase-Inhibitoren (PKIs) mit 177Lu-RIT in präklinischen Versuchen.18 Alle ausgewählten PKIs befanden sich in klinischen Studien gegen Eierstockkrebs (Phase I–III) und zeigten strahlensensibilisierende Eigenschaften in Kombination mit externer Bestrahlung. Die vielversprechendste Kombination (PKI MK1775 und 177Lu-chCE7) wurde in vitro an zwei Ovarialkar zinom- Zelllinien evaluiert und anschliessend in einem Ovarialkarzinom-Xenograft-Modell erfolgreich getestet.18   <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2019_Leading Opinions_Onko_1907_Weblinks_s20_tab1.jpg" alt="" width="600" height="353" /> <h2>Welches Radionuklid verwenden?</h2> Um ein geeignetes Radionuklid für die Behandlung von radioresistenten Zellen wie z. B. Krebsstammzellen zu finden, haben wir die Wirksamkeit der beiden Radiolanthanide 177Lu und 161Tb in vitro und in vivo an Ovarialkarzinomzellen untersucht. Beide Radionuklide sind sich sehr ähnlich in Bezug auf ihre chemischen Eigenschaften (beides sind Lanthanide), ihre Halbwertszeiten (6,7 bzw. 6,9 Tage) und die emittierten β—-Energien (durchschnittlich 134 keV bzw. 154 keV). Doch emittiert 161Tb 16-mal mehr niederenergetische Auger-Elektronen (3–50 keV) als 177Lu. Diese niederenergetischen Elektronen deponieren sehr viel Energie am Zerfallsort, was zur Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und freien Radikalen führt. Wir konnten in vitro zeigen, dass die Zelltoxizität des 161Tb-markierten Antikörpers chCE7 signifikant grösser war im Vergleich zum 177Lu-markierten chCE7. Der 161Tb-markierte Antikörper chCE7 induzierte mehr ROS, mehr DNA-Doppelstrangbrüche und erzeugte einen Bystander-Effekt, im Vergleich zum 177Lu-markierten chCE7 (Manuskript in Vorbereitung). In einer vergleichenden RIT-Studie (Ovarialkarzinom-Xenograft- Modell) unter äquitoxischen Bedingungen konnten wir demonstrieren, dass die Tumorwachstumshemmung des 161Tb-markierten chCE7 um 82,6 % besser war im Vergleich zur 177Lu-chCE7 RIT.19 Wir gehen davon aus, dass die bessere therapeutische Wirksamkeit der 161Tb- RIT auf der 16-fach höheren Emissionsrate der niederenergetischen Auger-Elektronen zurückzuführen ist. <h2>Krebsstammzellen bekämpfen</h2> Ein Grund für den bescheidenen Erfolg von Therapien beim fortgeschrittenen Ovarialkarzinom ist wahrscheinlich das Vorhandensein von sogenannten tumorinitiierenden Zellen oder «Krebsstammzellen » (CSCs). Diese Zellpopulation ist für die Auslösung des Tumors und das Wiederauftreten der Krankheit nach der Therapie verantwortlich. CSCs haben die Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Differenzierung und können durch verschiedene intrinsische oder erworbene Mechanismen resistent gegen Chemotherapie und Bestrahlung sein. Wir konnten erstmals nachweisen, dass L1CAM in Kombination mit CD133 (einer der wichtigsten Krebsstammzellmarker) eine neue Krebsstammzellpopulation im Ovarialkarzinom definiert. Unsere Resultate zeigten, dass L1CAM für die Strahlenresistenz dieser Zellpopulation verantwortlich ist und dass die Bekämpfung dieser Zellen mit Anti-L1CAM-Antikörpern eine neue und geeignete Strategie sein könnte; insbesondere, da die Expression von L1CAM in normalen Stammzellen bisher nicht beschrieben wurde und L1CAM auf allen CD133-positiven Ovarialkarzinom-Stammzellen exprimiert wird (Manuskript ist im Review-Prozess). Mit 161Tb würde ein geeignetes Radionuklid zur Verfügung stehen, um radioresistente Zellen wie CSCs zu sterilisieren. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine Anti-L1CAM-RIT eine vielversprechende Option für therapeutische Interventionen beim Ovarialkarzinom ist. <a class="literatur" data-toggle="collapse" href="#collapseLiteratur" aria-expanded="false" aria-controls="collapseLiteratur" >Literatur</a> <div class="collapse" id="collapseLiteratur"> 1 Moos M et al.: Neural adhesion molecule L1 as a member of the immunoglobulin superfamily with binding domains similar to fibronectin. Nature 1988; 334(6184): 701-3 2 Wong EV et al.: Mutations in the cell adhesion molecule LI cause mental retardation. Trends in Neurosciences 1995; 18(4): 168-72 3 Figarella-Branger DF et al.: Differential spectrum of expression of neural cell adhesion molecule isoforms and L1 adhesion molecules on human neuroectodermal tumors. Cancer Research 1990; 50(19): 6364-70 4 Altevogt P et al.: L1CAM in human cancer. Int J Cancer 2016; 138(7): 1565-76 5 Hoefnagel CA et al.: A comparison of targeting of neuroblastoma with mIBG and anti L1-CAM antibody mAb chCE7: therapeutic efficacy in a neuroblastoma xenograft model and imaging of neuroblastoma patients. Eur J Nucl Med 2001; 28(3): 359-68 6 Novak-Hofer I: The L1 cell adhesion molecule as a target for radioimmunotherapy. Cancer Biother Radio 2007; 22(2): 175-84 7 Fogel M et al.: L1 expression as a predictor of progression and survival in patients with uterine and ovarian carcinomas. Lancet 2003; 362(9387): 869-75 8 Grünberg J et al.: High-yield production of recombinant antibody fragments in HEK-293 cells using sodium butyrate. Biotechniques 2003; 34(5): 968-72 9 Zimmermann K et al.: Targeting of renal carcinoma with 67/64Cu-labeled anti-L1-CAM antibody chCE7: selection of copper ligands and PET imaging. Nucl Med Biol 2003; 30(4): 417-27 10 Grünberg J et al.: In vivo evaluation of 177Lu- and 67/64Cu-labeled recombinant fragments of antibody chCE7 for radioimmunotherapy and PET imaging of L1- CAM-positive tumors. Clin Cancer Res 2005; 11(14): 5112-20 11 Fischer E et al.: L1-CAM-targeted antibody therapy and 177Lu-radioimmunotherapy of disseminated ovarian cancer. Int J Cancer 2012; 130(11): 2715-21 12 Knogler K et al.: Copper-67 radioimmunotherapy and growth inhibition by anti–L1-cell adhesion molecule monoclonal antibodies in a therapy model of ovarian cancer metastasis. Clin Cancer Res 2007; 13(2): 603-11 13 Grünberg J et al.: Anti-L1CAM radioimmunotherapy is more effective with the radiolanthanide terbium-161 compared to lutetium-177 in an ovarian cancer model. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2014; 41(10): 1907-15 14 Mindt TL et al.: Modification of different IgG1 antibodies via glutamine and lysine using bacterial and human tissue transglutaminase. Bioconjug Chem 2008; 19(1): 271-78 15 Jeger S et al.: Site-specific and stoichiometric modification of antibodies by bacterial transglutaminase. Angew Chem Int Ed 2010; 49(51): 9995-7 16 Friedli A et al.: The soluble form of the cancerassociated L1 cell adhesion molecule is a pro-angiogenic factor. Int J Biochem Cell B 2009; 41(7): 1572-80 17 Lindenblatt D et al.: Paclitaxel improved anti-L1CAM lutetium- 177 radioimmunotherapy in an ovarian cancer xenograft model. EJNMMI Res 2014; 4(1): 54 18 Lindenblatt D et al.: Combination of lutetium-177 labelled anti-L1CAM antibody chCE7 with the clinically relevant protein kinase inhibitor MK1775: a novel combination against human ovarian carcinoma. BMC Cancer 2018; 18(1): 922 19 Grünberg J et al.: Anti-L1CAM radioimmunotherapy is more effective with the radiolanthanide terbium-161 compared to lutetium- 177 in an ovarian cancer model. EJNMMI 2014; 41(10): 1907-15 20 Meli ML et al.: Anti-neuroblastoma antibody chCE7 binds to an isoform of L1-CAM present in renal carcinoma cells. Int J Cancer 1999; 83(3): 401-8 21 Miyahara R et al.: Expression of neural cell adhesion molecules (polysialylated form of neural cell adhesion molecule and L1- cell adhesion molecule) on resected small cell lung cancer specimens: in relation to proliferation state. J Surg Oncol 2001; 77(1): 49-54 22 Thies A et al.: Overexpression of the cell adhesion molecule L1 is associated with metastasis in cutaneous malignant melanoma. Eur J Cancer 2002; 38(13): 1708-16 23 Deichmann M et al.: Adhesion molecules CD171 (L1CAM) and CD24 are expressed by primary neuroendocrine carcinomas of the skin (Merkel cell carcinomas). J Cutan Pathol 2003; 30(6): 363-8 24 Huszar M et al.: Expression profile analysis in multiple human tumors identifies L1 (CD171) as a molecular marker for differential diagnosis and targeted therapy. Hum Pathol 2006; 37(8): 1000-8 25 Sebens Muerkoster S et al.: Drug-induced expression of the cellular adhesion molecule L1CAM confers anti-apoptotic protection and chemoresistance in pancreatic ductal adenocarcinoma cells. Oncogene 2007; 26(19): 2759-68 26 He Y et al.: Cryo-electron tomography of homophilic adhesion mediated by the neural cell adhesion molecule L1. Structure 2009; 17(3): 460-71 </div>

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