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L1-Zelladhäsionsmolekül

Ein vielversprechendes Zellmembranprotein für therapeutische Interventionen

Onkologie | Gynäkologie & Geburtshilfe
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Leading Opinions
26. Dezember 2019
Autor:
Nastassja Terraneo, MSc

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

Autor:
Dr. rer. nat. Jürgen Grünberg

<p class="article-intro">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.</p> <hr /> <p class="article-content"><p>Das L1-Zelladh&auml;sionsmolek&uuml;l (L1CAM) ist ein 200&ndash;220 kDa grosses Transmembran-Glykoprotein mit sechs Ig-&auml;hnlichen Dom&auml;nen und f&uuml;nf Fibronektin-Typ-III-Wiederholungen auf der extrazellul&auml;ren Seite, gefolgt von einer Transmembranregion und einem hochkonservierten zytoplasmatischen Teil (Abb. 1).<sup>1</sup> Das Zelladh&auml;sionsmolek&uuml;l ist wichtig f&uuml;r die neuronale Entwicklung (neuronales Wachstum, Migration und axonale Navigation) beim Menschen und Mutationen f&uuml;hren zu schweren neuronalen St&ouml;rungen.<sup>2</sup> Nach den ersten Berichten &uuml;ber die L1CAM-Expression in Neuroblastomen<sup>3</sup> ist die Liste an L1CAM- positiven Krebserkrankungen stetig angewachsen.<sup>4</sup> Eine kurze &Uuml;bersicht der L1CAM-Expression bei ausgew&auml;hlten Tumorerkrankungen ist in Tabelle 1 zusammengestellt. Eine wesentlich ausf&uuml;hrlichere Zusammenstellung wurde von Altevogt et al.<sup>4</sup> publiziert. Am Zentrum f&uuml;r Radiopharmazeutische Wissenschaften des Paul Scherrer Instituts haben wir den chim&auml;ren monoklonalen Antik&ouml;rper chCE7 f&uuml;r Radioimmundiagnostik und Therapie f&uuml;r Neuroblastome entwickelt. Erste klinische Studien zeigten eine hervorragende Bildgebung von Neuroblastom-Metastasen.<sup>5</sup> Leider konnte eine geplante Therapiestudie an Patienten mit Neuroblastom nicht mehr durchgef&uuml;hrt werden, da die Charge des chCE7 f&uuml;r klinische Versuche aufgebraucht wurde. <br />Im Laufe der Zeit zeigten viele pr&auml;klinische Studien mit unterschiedlichen Tumormodellen, dass sich das L1CAM als Zielmolek&uuml;l f&uuml;r radioimmuntherapeutische Anwendungen eignen w&uuml;rde,<sup>6</sup> insbesondere bei Ovarialkarzinomen, bei denen L1CAM h&auml;ufig &uuml;berexprimiert wird<sup>7</sup>. Bisher allerdings waren radioimmuntherapeutische Ans&auml;tze bei Eierstockkrebs nicht erfolgreich. Eines unserer Ziele ist es, die Wirkung einer Radioimmuntherapie (RIT) f&uuml;r Ovarialkarzinome zu verbessern.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2019_Leading Opinions_Onko_1907_Weblinks_s19_abb1.jpg" alt="" width="304" height="899" /></p> <h2>Kombinationen mit Paclitaxel und Proteinkinase-Inhibitoren</h2> <p>Wir haben Expressionssysteme f&uuml;r die Eigenproduktion von Antik&ouml;rpern<sup>8</sup> und Techniken zur Antik&ouml;rpermarkierung mit verschiedenen Radionukliden zur Diagnose<sup>9, 10</sup> und Therapie<sup>5, 11&ndash;13</sup> etabliert. F&uuml;r unsere Untersuchungen verwendeten wir Radionuklide wie Kupfer-64/67 (<sup>64/67</sup>Cu), Lutetium-177 (<sup>177</sup>Lu) und Terbium-161 (<sup>161</sup>Tb) bzw. Iod-131 (<sup>131</sup>I). Die Antik&ouml;rper wurden mit verschiedenen Chelatorsystemen derivatisiert und ein Verfahren zur ortsspezifischen und st&ouml;chiometrischen Modifikation von Antik&ouml;rpern mittels Transglutaminase wurde eingef&uuml;hrt.14, 15 Wir fanden, dass der Anti-L1CAM-Antik&ouml;rper chCE7 an die sechste Ig-Dom&auml;ne des menschlichen L1CAM bindet, welche eine einzelne RGD-Sequenz zur Bindung an Integrine enth&auml;lt (Abb. 1). Der monoklonale Antik&ouml;rper chCE7 hemmt die Bindung von L1CAM an Integrine.<sup>16</sup> Wir kombinierten erfolgreich Paclitaxel (PTX) mit 177Lu-RIT.<sup>17</sup> PTX geh&ouml;rt 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 verz&ouml;gerte, was einherging mit einer signifikanten Verl&auml;ngerung des Gesamt&uuml;berlebens. W&auml;hrend der Kombinationsbehandlung wurden keine Anzeichen toxischer Nebenwirkungen beobachtet.<sup>17</sup> Des Weiteren kombinierten wir f&uuml;nf klinisch relevante Proteinkinase-Inhibitoren (PKIs) mit <sup>177</sup>Lu-RIT in pr&auml;klinischen Versuchen.<sup>18</sup> Alle ausgew&auml;hlten PKIs befanden sich in klinischen Studien gegen Eierstockkrebs (Phase I&ndash;III) und zeigten strahlensensibilisierende Eigenschaften in Kombination mit externer Bestrahlung. Die vielversprechendste Kombination (PKI MK1775 und <sup>177</sup>Lu-chCE7) wurde in vitro an zwei Ovarialkar zinom- Zelllinien evaluiert und anschliessend in einem Ovarialkarzinom-Xenograft-Modell erfolgreich getestet.<sup>18</sup></p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2019_Leading Opinions_Onko_1907_Weblinks_s20_tab1.jpg" alt="" width="600" height="353" /></p> <h2>Welches Radionuklid verwenden?</h2> <p>Um ein geeignetes Radionuklid f&uuml;r die Behandlung von radioresistenten Zellen wie z. B. Krebsstammzellen zu finden, haben wir die Wirksamkeit der beiden Radiolanthanide <sup>177</sup>Lu und <sup>161</sup>Tb in vitro und in vivo an Ovarialkarzinomzellen untersucht. Beide Radionuklide sind sich sehr &auml;hnlich in Bezug auf ihre chemischen Eigenschaften (beides sind Lanthanide), ihre Halbwertszeiten (6,7 bzw. 6,9 Tage) und die emittierten &beta;&mdash;-Energien (durchschnittlich 134 keV bzw. 154 keV). Doch emittiert <sup>161</sup>Tb 16-mal mehr niederenergetische Auger-Elektronen (3&ndash;50 keV) als <sup>177</sup>Lu. Diese niederenergetischen Elektronen deponieren sehr viel Energie am Zerfallsort, was zur Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und freien Radikalen f&uuml;hrt. Wir konnten in vitro zeigen, dass die Zelltoxizit&auml;t des <sup>161</sup>Tb-markierten Antik&ouml;rpers chCE7 signifikant gr&ouml;sser war im Vergleich zum <sup>177</sup>Lu-markierten chCE7. Der <sup>161</sup>Tb-markierte Antik&ouml;rper chCE7 induzierte mehr ROS, mehr DNA-Doppelstrangbr&uuml;che und erzeugte einen Bystander-Effekt, im Vergleich zum <sup>177</sup>Lu-markierten chCE7 (Manuskript in Vorbereitung). In einer vergleichenden RIT-Studie (Ovarialkarzinom-Xenograft- Modell) unter &auml;quitoxischen Bedingungen konnten wir demonstrieren, dass die Tumorwachstumshemmung des <sup>161</sup>Tb-markierten chCE7 um 82,6 % besser war im Vergleich zur <sup>177</sup>Lu-chCE7 RIT.<sup>19</sup> Wir gehen davon aus, dass die bessere therapeutische Wirksamkeit der <sup>161</sup>Tb- RIT auf der 16-fach h&ouml;heren Emissionsrate der niederenergetischen Auger-Elektronen zur&uuml;ckzuf&uuml;hren ist.</p> <h2>Krebsstammzellen bek&auml;mpfen</h2> <p>Ein Grund f&uuml;r den bescheidenen Erfolg von Therapien beim fortgeschrittenen Ovarialkarzinom ist wahrscheinlich das Vorhandensein von sogenannten tumorinitiierenden Zellen oder &laquo;Krebsstammzellen &raquo; (CSCs). Diese Zellpopulation ist f&uuml;r die Ausl&ouml;sung des Tumors und das Wiederauftreten der Krankheit nach der Therapie verantwortlich. CSCs haben die F&auml;higkeit zur Selbsterneuerung und Differenzierung und k&ouml;nnen 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 f&uuml;r die Strahlenresistenz dieser Zellpopulation verantwortlich ist und dass die Bek&auml;mpfung dieser Zellen mit Anti-L1CAM-Antik&ouml;rpern eine neue und geeignete Strategie sein k&ouml;nnte; 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 <sup>161</sup>Tb w&uuml;rde ein geeignetes Radionuklid zur Verf&uuml;gung stehen, um radioresistente Zellen wie CSCs zu sterilisieren.</p> <p>Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine Anti-L1CAM-RIT eine vielversprechende Option f&uuml;r therapeutische Interventionen beim Ovarialkarzinom ist.</p></p> <p class="article-footer"> <a class="literatur" data-toggle="collapse" href="#collapseLiteratur" aria-expanded="false" aria-controls="collapseLiteratur" >Literatur</a> <div class="collapse" id="collapseLiteratur"> <p><strong>1</strong> 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 <strong>2</strong> Wong EV et al.: Mutations in the cell adhesion molecule LI cause mental retardation. Trends in Neurosciences 1995; 18(4): 168-72 <strong>3</strong> 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 <strong>4</strong> Altevogt P et al.: L1CAM in human cancer. Int J Cancer 2016; 138(7): 1565-76 <strong>5</strong> 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 <strong>6</strong> Novak-Hofer I: The L1 cell adhesion molecule as a target for radioimmunotherapy. Cancer Biother Radio 2007; 22(2): 175-84 <strong>7</strong> 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 <strong>8</strong> Gr&uuml;nberg J et al.: High-yield production of recombinant antibody fragments in HEK-293 cells using sodium butyrate. Biotechniques 2003; 34(5): 968-72 <strong>9</strong> 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 <strong>10</strong> Gr&uuml;nberg 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 <strong>11</strong> Fischer E et al.: L1-CAM-targeted antibody therapy and 177Lu-radioimmunotherapy of disseminated ovarian cancer. Int J Cancer 2012; 130(11): 2715-21 <strong>12</strong> Knogler K et al.: Copper-67 radioimmunotherapy and growth inhibition by anti&ndash;L1-cell adhesion molecule monoclonal antibodies in a therapy model of ovarian cancer metastasis. Clin Cancer Res 2007; 13(2): 603-11 <strong>13</strong> Gr&uuml;nberg 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 <strong>14</strong> 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 <strong>15</strong> Jeger S et al.: Site-specific and stoichiometric modification of antibodies by bacterial transglutaminase. Angew Chem Int Ed 2010; 49(51): 9995-7 <strong>16</strong> 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 <strong>17</strong> Lindenblatt D et al.: Paclitaxel improved anti-L1CAM lutetium- 177 radioimmunotherapy in an ovarian cancer xenograft model. EJNMMI Res 2014; 4(1): 54 <strong>18</strong> 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 <strong>19</strong> Gr&uuml;nberg 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<strong> 20</strong> 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 <strong>21</strong> 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 <strong>22</strong> 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<strong> 23</strong> 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 <strong>24</strong> 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 <strong>25</strong> 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 <strong>26</strong> He Y et al.: Cryo-electron tomography of homophilic adhesion mediated by the neural cell adhesion molecule L1. Structure 2009; 17(3): 460-71</p> </div> </p>
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