TATI ja trypsinogeenit syöpämerkkiaineina

Annukka PajuFT, dosentti, sairaalakemisti

HUSLAB ja Helsingin yliopiston kliinisen kemian laitos

SKKY:n kevätkoulutuspäivät 21.4.2009Ulf-Håkan Stenman -juhlasymposiumi

Sisältö

• Taustaa TATI:sta ja trypsinogeeneista• Tutkimusmenetelmistä• Esiintyminen ja ennusteellinen merkitys

1. Munasarjasyövässä2. Munuaissyövässä3. Rakkosyövässä4. Eturauhassyövässä

• Trypsiinin ja TATI:n mahdolliset vaikutusmekanismit syöpäbiologiassa

Liotta and Kohn, 2001

TATI

• Kasvaimien tuottama TATI eristettiin ja karakterisoitiin munasarjasyöpäpotilaan virtsasta 1980-luvun alussa (Stenman et al., 1982; Huhtala et al. 1982)

SPINK1/PSTI/TATI

• SPINK1-geeni koodaa kasvaimiin liittyvää trypsiini-inhibiittoria (TATI, tumor-associated trypsin inhibitor) ja haiman erittyvää trypsiini-inhibiittoria (PSTI, pancreatic secretory trypsin inhibitor)

• Tärkein tunnetuista tehtävistä haiman trypsiiniaktiivisuuden säätely

Syöpäkasvaimeen liittyvät trypsinogeenit, TAT

• Etsittäessä TATI:n substraattia, löydettiin musinoosin munasarjakasvaimen kystanesteestä kaksi trypsinogeeni-isoentsyymiä (Koivunen et al., 1989)

Trypsinogeenit, TATit

• TATit (tumor-associated trypsinogens) cDNA- ja ah-sekvensseiltään identtisiä haiman vastaavien ruuansulatusentsyymien kanssa

• Eroja biokemiallisissa ominaisuuksissa (varaus, substraattispesifisyys, sitoutuminen inhibiittoreihin)

• Erot voivat johtua Tyr-154:n sulfataatiosta haimaperäisissä trypsinogeeneissä (Sahin-Toth et al., 2006; Itkonen et al., 2008)

Tutkimusmenetelmät

• Aikaerotteinen immunofluorometrinen määritysmenetelmä (TR-IFMA) trypsinogeeneille 1 ja 2 (Itkonen et al., 1990)

• TR-IFMA TATI:lle (Osman et al., 1993)• Immunohistokemiassa toimivat vasta-

aineet TATI:lle ja trypsinogeenille• RT-PCR, Soluviljelykoejärjestelyt

Esiintyminen ja ennusteellinen merkitys -

Gynekologiset syövät

• TATI:a erittyy virtsaan gynekologisten syöpien yhteydessä (Huhtala et al., 1983)

• Kystanesteessä TATIa ja trypsinogeenejä korkeissa pitoisuuksissa (Koivunen et al., 1990; Paju et al., 2001)

Pahan- ja hyvänlaatuisten munasarjakasvainten tuottamat

kystanesteet

TATI munasarjasyöpäkudoksessa

MusinoosiNegatiivinen kontrolli

Paju et al., 2001

Trypsinogeeni munasarjasyöpäkudoksessa

Musinoosi

SeroosiSeroosi

Musinoosi

Paju et al., 2001

• Trypsinogeenien ja TATI:n molaarinen suhde korkeampi seroosien kuin musinoosien karsinoomien kystanesteissä → proteaasiylimäärä → seroosien karsinoomien huonompi ennuste?

• Trypsinogeenin esiintyminen liittyy munasarjasyövän aggressiivisuuteen (Hirahara et al., 1995)

• Edenneen munasarjasyövän ennusteellisia tekijöitä– Preoperatiivinen

S –TATI– Preoperatiivinen

S –Trypsiini-2-API

Venesmaa et al., 1994Venesmaa et al., 1998Paju, et al., 2004

TATI:n esiintyminen kudoksessa huonon ennusteen merkki

Paju et al., 2004

Kliininen käyttö• Musinooseissa syövissä 45 %:lla seerumin

TATI koholla jo varhaisvaiheessa (stage I), 90-100 %:lla levinneessä (stage III-IV)

• Ei-musinooseissa 50-60 %:lla koholla levinneessä taudissa, jossa huonon ennusteen merkki

• TATI on kliinisesti hyödyllinen merkkiaine musinoosin munasarjasyövän diagnostiikassa ja hoidon seurannassa

• Komplementaarinen CA 12-5:lle, joka hyvä merkkiaine ei-musinoottisessa munasarjasyövässä

Venesmaa et al., 1994; Venesmaa et al., 1998

Kliininen käyttö

• Seerumin ja virtsan TATI-pitoisuudet voivat nousta myös – vaikeissa tulehduksissa (CRP yli 80 mg/l)– munuaisen vajaatoiminnassa, dialyysipotilailla

S –TATI yleensä yli 200 μg/l• Viitealueet

– S –TATI 2-16 μg/l (RIA 0-2 nmol/l)– U –TATI 7-50 μg/g kreatiniinia

• HUSLABissa v. 2008 n. 2000 S -TATI-määritystä ja 100 U –TATI-määritystä

• Uusi kasvainmerkkiaineiden käyttösuositus (Sturgeon et al., Clin Chem, 2008)

– TATI:n Käyttö: hoidon seuranta– Kehitysvaihe: tutkimus- ja kehitysvaihe– Näyttö: Pienet retrospektiiviset tutkimukset ja

pilottitutkimukset

Esiintyminen ja ennusteellinen merkitys -

Munuaissyöpä

• TATI muita merkkiaineita (CEA, CA 15-3, CA 12-5, CA 19-9) herkempi munuaissyövälle

• Hyödyllinen munuaissyövän seurannassa leikkaushoidon jälkeen (Meria et al., 1995)

Munuaissyöpä

• TATI:a esiintyy normaalin munuaiskudoksen dis-taalisissa tubuluksissa (Lukkonen et al., 1999)

• Munuaissyöpäkudoksesta löydettiin vain TATI:n mRNA

• Munuaissyöpäsolulinjat A-498, 786-O, A704 ja 769-P tuottavat TATI:a vähäisiä määriä

TATI ja munuaissyövän ennuste

• 48 %:lla (90/188) munuaissyöpäpotilaista preoperatiivinen S -TATI oli koholla

• Kaikilla normaali S –Krea• TATI-pitoisuudet korkeampia

syöpäpotilailla kuin kontrolleilla (p<0,0001) (Paju et al., 2001)

Kohonnut S –TATI ennusteellinen munuaissyövässä

Paju et al., 2001

Esiintyminen ja ennusteellinen merkitys -

Virtsarakon syöpä• TATI mahdollisesti hyödyllinen virtsarakon

syövän hoidon seurannassa (Pectasides et al., 1996)

• S –TATI koholla 40 %:lla (19/48) potilaista, joilla pinnallinen syöpä ja 56 %:lla (9/16) potilaista, joilla invasiivinen syöpä (Kelloniemi et al., 2003)

• TATI-pitoisuudet seerumissa ja virtsassa korkeammat potilailla, joilla invasiivinen syöpä (p=0,01; p=0,009)

Kelloniemi et al., 2003

• S –TATI on riippumaton ennusteellinen tekijä (p<0,0001), mutta U –TATI ei

• U –TATI hyödyllinen myös diagnoosivaiheessa (Shariat et al., 2005; Gkialas et al., 2008)

Trypsinogeeni virtsarakon-syöpäkudoksessa

pTa grade 1 pTa grade 2

Hotakainen et al., 2006

TATI virtsarakonsyöpäkudoksessa

pTa grade 1

pT1 grade 3pTa grade 2

pT1 grade 3

Kasvaimen pinnallinenosa

Kasvaimen invasiivinenosa

Hotakainen et al., 2006

Miehen lisääntymiselimistö

• Trypsinogeeniä esiintyy siemen-nesteessä ja miehen lisääntymiselimistön kudoksissa (Paju et al., 2000)

Seminaalivesikkeli Eturauhanen

Eturauhastiehyt Virtsaputki

Trypsinogeeni eturauhassyöpäkudoksessa

• Trypsinogeeniä esiintyy myös eturauhas-syöpäkudoksessa (Bjartell et al., 2005)

• Trypsinogeenin ekspressio korreloi käänteisesti syövän erilaistumisasteen kanssa

Syöpäkudos Normaali kudos Imusolmukemetastaasi

PSA Trypsinogeeni

Trypsinogeeni eturauhassyöpäkudoksessa

• Trypsinogeenin ekspressio korreloi käänteisesti PSA:n ekspression kanssa

• Syöpäsolulinjat LNCaP ja PC3 tuottavat trypsinogeenejä

Syöpäkudos Normaali kudos Imusolmukemetastaasi

PSA Trypsinogeeni

A: Syöpäsoluja vasemmalla, hyvänlaatuisia rauhasia oikealla

B: Eturauhassyöpäkudosta

Paju et al., 2007

TATIeturauhaskudoksessa

• S -TATI koholla 44 %:lla (29 /66) eturauhassyöpä-potilaista

• S –TATI:n ja S –PSA:n välillä korrelaatio (p<0,0001)

• S –TATI:n ja kasvaimen levinneisyysasteen välillä korrelaatio (p=0,04)

Paju et al., 2007

Tomlins et al., 2008

TATI ennustaa taudin uusiutumisen leikkauksen jälkeen

• TATI-ekspression inhibitio (siRNA) eturauhassyöpäsoluissa (22Rv1) heikentää niiden invaasiota modifioidun tyvikalvon läpi (Tomlins et al., 2008)

Mikä merkitys trypsiinillä on syövän biologiassa?

Aktivoi proteaaseja• Trypsiini aktivoi syöpäinvaasiossa ja

etäpesäkkeiden muodostuksessa keskeisiä proteaaseja in vitro– uPA (Koivunen et al., 1989)– MMP-1, -8, -9, -13 (Sorsa et al., 1997; Paju et

al., 2001; Nyberg et al., 2002; Moilanen et al., 2003)

• Ja in vivo– Munasarjasyövän tuottamissa kystanesteissä

(Paju et al., 2001)– Suun levyepiteelikarsinoomassa (Vilen et al.,

2008)

Hajottaa soluväliainetta

• Trypsiini hajottaa in vitro– Endoteelisolujen tuottamia soluväliaineen

komponentteja in vitro (Koivunen et al., 1991)– Tyypin 1 kollageenia (Moilanen et al., 2003)– Tyypin 2 kollageenia (Stenman et al., 2005)

Osallistuu soluadheesion ja signaalin välityksen säätelyyn

PAR-2-aktivaation kautta

• Mahasyöpäsolujen adheesio fibronektiiniin ja vitronektiiniin, soluproliferaatio ja kasvaimen muodostus hiirimallissa (Miyata et al., 1998; Myata et al., 2000)

• Paksusuolensyöpäsolujen proliferaatio MMP-, TGF-α-, EGF-R-, ERK1/2-välitteisesti (Darmoul et al., 2001; Ducroc et al., 2002; Darmoul et al., 2004)

• Kasvainsolujen aktivoimien endoteelisolujen tuottaman trypsiinin vaikutus kasvaimen verisuonten muodostukseen (angiogeneesi) (Koshikawa et al., 1997)

Mikä merkitys TATI:lla on syövän biologiassa?

• Osallistuu proteolyyttisen aktiivisuuden säätelyyn inhiboimalla trypsiinin reversiibelisti

• Heijastaa kasvaimen trypsinogeeni-tuotantoa ja agressiivisuutta

• Akuutin faasin proteiini– Virtsa- ja seerumipitoisuuksien nousu

syövässä voi johtua myös elimistön reaktiosta syöpäinvaasiota vastaan (epäspesifistä)

• Edistää paksusuolensyöpäsolujen invaasiota ja keuhkometastaasien kehittymistä hiirimallissa trypsiinistä riippumattomalla mekanismilla (Groyer et al., 2008)

• Suppressoi seriiniproteaasiriippuvaista apoptoosia (Lu et al., 2008)

• TATI-ekspression inhibitio (siRNA) eturauhassyöpäsoluissa (22Rv1) heikentää niiden invaasiota modifioidun tyvikalvon läpi (Tomlins et al., 2008)

Yhteenveto• TATI on kliinisessä käytössä munasarjasyövän

merkkiaineena CA 12-5:n täydentäjänä• Trypsinogeenimääritykset eivät kliinisessä käytössä

syöpämerkkiaineina• Useissa syöpätyypeissä seerumin ja virtsan TATI-

ja trypsinogeenipitoisuudet koholla• Kohoaminen ei kuitenkaan aina syöpäspesifistä• TATI ennusteellinen tekijä useissa syövissä,

kliininen käyttökelpoisuus?• TATI:n ja trypsinogeenien funktioista

syöpäbiologiassa paljon viitteitä, mutta kokonaiskuva ja tarkat mekanismit epäselviä

• Eturauhassyöpätutkimuksessa tulevaisuuden suurimmat odotukset

Yhteistyössä

• Ulf-Håkan Stenman• Marja-Liisa Huhtala, Hannu Halila, Erkki

Koivunen, Jari Leinonen, Henrik Alfthan, Outi Itkonen, Sirpa Osman, Ursula Turpeinen, Susanna Lintula, Wan-Ming Zhang, Kristina Hotakainen

• Caj Haglund, Stig Nordling• Timo Sorsa, Tuula Salo• Börje Ljungberg, Anders Bjartell