Identification of a novel glioma homing peptide and functional characterization of its interacting partner, MDGI

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2130-1
Title: Identification of a novel glioma homing peptide and functional characterization of its interacting partner, MDGI
Author: Hyvönen, Maija
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine
Date: 2016-05-26
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2130-1
http://hdl.handle.net/10138/161400
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Gliomas, malignant brain tumors, are among the most aggressive cancers in adults. Due to their invasive growth, resistance mechanisms and tendency to relapse, the prognosis of high-grade glioma patients is very poor. Therefore, to improve therapeutic strategies it is essential to study molecular mechanisms underlying the progression of gliomas and identify novel, glioma-specific proteins that could be therapeutically targeted. In this study we first mapped vascular markers of malignant gliomas to find potential candidates for tumor targeting. By using in vivo phage display method we identified a peptide, CooP, which, after systemic delivery, specifically homed to brain tumor satellites and their vasculature in mice. Coop was successfully used in tumor imaging and targeted drug delivery. We also identified mammary-derived growth inhibitor (MDGI) as an interacting partner for CooP in the brain tumor tissue and tumor-associated vasculature. Homing peptide-conjugated nanocarriers have shown great potential in targeting various tumors, including gliomas. Therefore, we estimated the potential of CooP peptide in the surface functionalization and targeted delivery of porous silica nanoparticles in vitro and in vivo. CooP-functionalized particles were shown to be stable, non-toxic and suitable for targeting MDGI expressing subcutanous xenografts. In the last part of this study we characterized the expression and function of MDGI in gliomas. Our immunohistochemical analyses revealed abundant MDGI expression in clinical brain tumor specimens and patient-derived gliospheres. In lower-grade glioma patients MDGI expression correlated with poorer overall survival. Importantly, also endothelium-associated expression of MDGI in the clinical samples was observed. Functional in vitro and ex vivo assays demonstrated that MDGI overexpression enhanced the aggressive growth of glioma cells, whereas even more striking changes occurred when MDGI was genetically silenced. MDGI silencing compromised the growth of human gliospheres, altered the expression of stress-related proteins, disrupted mitochondrial function and eventually caused apoptotic cell death. In addition, mass spectrometric analyses revealed significant changes in the intracellular metabolites after MDGI silencing. Together our results show that the glioma-specific CooP peptide can be utilized both in glioma imaging and targeted drug delivery as well as in biofunctionalization and targeting of nanoparticles in vivo. In addition, MDGI, the interacting partner of CooP, is abundantly expressed in malignant gliomas and essential for glioma cell survival. Since MDGI is reachable via intravenously injected agents, it could be a potential candidate for the targeted treatment of gliomas.Pahanlaatuiset aivokasvaimet, glioomat, ovat syövistä aggressiivisimpia. Hoitomuotojen kehityksestä huolimatta glioomien invasiivisuus, resistenssimekanismit ja uusiutumistaipumus johtavat edelleen erittäin heikkoon potilasennusteeseen. Hoidon kehityksen kannalta onkin välttämätöntä selvittää glioomien etenemismekanismeja ja identifioida uusia kohdemolekyylejä lääkehoidolle. Projektin ensimmäisessä osassa kartoitettiin glioomien verisuonistoa kohdennettuun hoitoon sopivien merkkimolekyylien löytämiseksi. In vivo faagiesittelytekniikan avulla identifioimme CooP-peptidin, joka kulkeutui verenkierrossa spesifisesti kasvaimiin ja kasvainten suonistoon hiirissä. Peptidin konjugointi merkkiaineella tai lääkkeellä mahdollisti hiirten aivokasvainten kuvantamisen ja kohdennetun hoidon. Lisäksi osoitimme CooP-peptidin sitoutuvan spesifisesti MDGI-proteiiniin (Mammary-Derived Growth Inhibitor) kasvaimissa ja suonistossa. Peptidipäällysteisten nanopartikkeleiden avulla voidaan tehostaa lääkeaineiden spesifistä kuljetusta haluttuihiin kohteiseen, kuten aivokasvaimiin. Projektin toisessa osassa konjugoimme CooP:n silikonipohjaisiin partikkeleihin ja tutkimme näiden konstruktien ominaisuuksia. CooP-partikkeli-konstruktit olivat vakaita, myrkyttömiä ja ne kulkeutuivat spesifisesti MDGI:tä ekspressoiviin ihonalaiskasvaimiin hiirissä. Lopuksi selvitimme MDGI:n ilmentymistä ja toimintaa, sillä sen rooli glioomissa on toistaiseksi ollut tuntematon. Immunohistokemialliset menetelmät osoittivat MDGI:n ilmentymisen potilasnäytteissä, glioomien verisuonistossa sekä potilaista eristetyissä soluissa. Suuri MDGI:n määrä korreloi myös glioomapotilaiden heikomman ennusteen kanssa. MDGI:n toiminnan selvittämiseksi hyödynsimme mm. muuntogeenisiä solulinjoja, biokemiallisia menetelmiä sekä mikroskopiaa. MDGI:n yli-ilmentäminen glioomasoluissa lisäsi niiden aggressiivista kasvua, kun taas MDGI:n poisto pysäytti solujen kasvun, heikensi merkittävästi soluhengitystä ja lopulta tappoi solut. Solunsisäisten aineenvaihduntatuotteiden analyysi massaspektrometrian avulla viittasi myös merkittäviin häiriöihin solujen metaboliassa. Tutkimuksemme osoittaa, että CooP-peptidi soveltuu glioomien kohdennettuun kuvantamiseen ja lääkekuljetukseen hiirimalleissa. Lisäksi CooP soveltuu peptidi-nanopartikkeli-konstruktien muodostukseen ja tehostaa niiden kulkeutumista kohdekasvaimiin. CooP:n sitoutumisproteiinia MDGI:tä on puolestaan runsaasti glioomissa, jossa se on ratkaisevan tärkeä syöpäsolujen elinvoimaisuudelle. MDGI:n kohdentaminen saattaakin tulevaisuudessa olla potentiaalinen vaihtoehto kehitettäessä uusia hoitomuotoja glioomapotilaille.
Subject: biolääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record