Untersuchung pankreatischer Alterationen konditional transgener Mausmodelle mit differentieller O-Glykosylierung induziert durch Cosmc-Knockout und GalNT2-Überexpression

Abstract

Aberrante Glykosylierung spielt bei einer Vielzahl von pathologischen Prozessen, insbesondere bei Tumorerkrankungen, eine entscheidende Rolle. Das tumorspezifische Tn-Antigen (GalNAcα1-O-Ser/Thr) konnte in unzähligen Studien bei verschiedensten Tumorentitäten, wozu auch das Pankreaskarzinom zählt, nachgewiesen und in Verbindung mit negativer Prognose gebracht werden. Diverse genetische Mutationen scheinen hierbei eine Rolle zu spielen. Die Enzyme Polypeptid-GalNAc-Transferase (GALNT) und T-Synthase mit dem dazugehörigen Chaperon COSMC sind dabei von zentraler Bedeutung und jeweils seit geraumer Zeit Gegenstand intensiver Forschung. Im physiologischen Kontext katalysieren die beiden genannten Enzyme die ersten Schritte der O-Glykosylierung, wodurch die sogenannte Core Struktur entsteht. Core 1 als bekanntestes Protein wird auch als T-Antigen bezeichnet.

Um ein besseres Verständnis über die pathophysiologischen Zusammenhänge in vivo zu erlangen, wurden zwei pankreasspezifisch mutierte Mauslinien generiert. Die erste mit GalNT2-Überexpression („GalNT2-transgen“) und die zweite mit einer Kombination aus Cosmc-Knockout und GalNT2-Überexpression („tripletransgen“). Bei beiden Mauslinien wurden phänotypische Auswirkungen sowie Alterationen der Glykosylierung mit Hilfe statistischer, immunhistochemischer und molekularbiologischer Methoden untersucht.

Die Ergebnisse der GalNT2-transgenen Mauslinie konnten beweisen, dass durch GalNT2-Überexpression mehr T-Antigen, jedoch kein tumorspezifisches Tn-Antigen entsteht. Histologisch zeigt sich aufgelockertes, vermehrt mit Bindegewebssepten sowie Adipozyten durchsetztes Pankreasgewebe. Dies hat jedoch, insbesondere im Vergleich zur tripletransgenen Mauslinie, eher geringfügige Auswirkungen auf die Körpergewichte und somit rückschließend auf die Organfunktion. Die Ergebnisse der tripletransgenen Mauslinie unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von denen der GalNT2-transgenen Mauslinie. Phänotypisch zeigen sich deutlich verringerte Organ- sowie Körpergewichte. Mikroskopisch ähnelt das Erscheinungsbild dem der chronischen Pankreatitis mit ausgeprägter Atrophie des exokrinen Pankreasgewebes. Bei immunhistochemischen Färbungen und der Durchführung von Western Blots konnte eine vermehrte Tn- sowie STn-Expression nachgewiesen werden, jedoch keine gesteigerte T-Antigen-Expression.

Diese Ergebnisse liefern bedeutsame neue Erkenntnisse zum Thema aberrante Glykosylierung im Pankreas. Sie bedürfen jedoch weiterer intensiver Forschung um die Zusammenhänge dieser komplexen Thematik besser zu verstehen und um dem langfristigen Ziel der Anwendung im Klinikalltag, z.B. im Rahmen von Früherkennung oder gezielter Krebstherapie, näher zu kommen.

Aberrant glycosylation plays a crucial role in a variety of pathological processes, especially in tumor diseases. The tumor-specific Tn antigen (GalNAcα1-O-Ser/Thr) has been shown in numerous studies to be associated with a negative prognosis in various tumor entities, including pancreatic cancer. Various genetic mutations seem to play a role in this process. The enzymes polypeptide GalNAc-transferase (GALNT) and T-synthase with the associated chaperone COSMC are of central importance and have each been the subject of intensive research for some time. In the physiological context, the two enzymes mentioned catalyze the first steps of O-glycosylation, resulting in the so-called core structure, with Core 1 (T-antigen) being the most well-known protein.

To gain a better understanding of the pathophysiological relationships in vivo, two pancreas-specific mutant mouse lines were generated. The first one with GalNT2 overexpression ("GalNT2 transgene") and the second one with a combination of Cosmc knockout and GalNT2 overexpression ("tripletransgene"). In both mouse lines, phenotypic effects as well as alterations in glycosylation were investigated using statistical, immunohistochemical and molecular biology methods.

Results from the GalNT2 transgenic mouse line demonstrated that GalNT2 overexpression leads to more T-antigen, but not to the emergence of tumor-specific Tn antigen. Histologically, pancreatic tissue was found to be loosened and increasingly permeated with connective tissue septa as well as adipocytes. However, compared to the tripletransgenic mouse line, this has only minor effects on body weight and thus on organ function.

The results of the tripletransgenic mouse line differ in many respects from those of the GalNT2 transgenic mouse line. Phenotypically, a distinct reduction in both organ and body weights were observed. Microscopically, the appearance resembles that of chronic pancreatitis with marked atrophy of the exocrine pancreatic tissue. Immunohistochemical staining and Western blots demonstrated increased Tn and STn expression, but no increased T antigen expression.

These results provide significant new insights into aberrant glycosylation of pancreatic tissue. However, further intensive research is required to better understand the interrelationships of this complex topic and to get closer to the long-term goal of application in daily clinical practice, including in the context of early cancer detection and targeted cancer therapy.