Glykane als Biomarker für Krebs?

Glykosylierte Proteine sind an der Oberfläche von Tumorzellen besonders prominent, unter anderem solche mit Sialinsäure als Zuckeranteil. Sie könnten sich daher als Tumormarker eignen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie beschreiben amerikanische Wissenschaftler jetzt ein bioorthogonales Markierungsverfahren für den Nachweis von sialysierten Glykoproteinen direkt im Tumorgewebe. Damit erfassen sie nicht nur die Menge an Glykoproteinen im Glykoproteom, sondern können auch überexprimierte Proteine direkt identifizieren.

Tumorzellen haben in der Regel einen erhöhten Metabolismus; manche Proteine werden dabei vermehrt exprimiert, während andere im Vergleich zu Zellen in gesundem Gewebe viel seltener vorkommen. Sowohl die Menge als auch die Identität der Proteine einer Zelle können durch Analyse des Proteoms erfasst werden, und Wissenschaftler versuchen, durch solche Verfahren diejenigen Proteine, die den Metabolismus von Krebszellen besonders prägen, zu identifizieren und zu erforschen. Carolyn R. Bertozzi und ihr Forschungsteam von der Stanford-Universität in den USA haben ein bioorthogonales Markierungsverfahren entwickelt, um gezielt sialysierte Glykoproteine nachzuweisen. Diese Proteine sind im Zusammenhang mit Krebs besonders interessant, denn der Zucker Sialinsäure wird von den Zellen gerne als „Tarnkappe” genutzt, um vom Immunsystem nicht erkannt zu werden. Zudem betrifft das Verfahren echtes Tumorgewebe und nicht kultivierte Zellen. Dadurch kann der Tumormetabolismus in seiner natürlichen Umgebung direkt erfasst werden.

Bei bioorthogonalen Markierungen wird eine Reportersubstanz, normalerweise ein Fluoreszenzmolekül, chemisch an Zielmoleküle geheftet, um diese Einheit dann später durch bildgebende Verfahren oder Massenspektrometrie nachzuweisen. Ziel ist es, mit der Markierung so wenig wie möglich in den normalen Zellstoffwechsel einzugreifen. „Genaue Modelle der menschlichen Biologie sind für die Forschung an der Schnittstelle von Kohlenhydrat-Wissenschaften und menschlicher Gesundheit besonders wichtig”, argumentieren die Wissenschaftler. Deshalb verwenden sie Gewebeschnittkulturen als Form von lebendem humanen Tumorgewebe, denn „Prostata-Gewebeschnittkulturen ermöglichen den direkten Vergleich von Krebs- und gesundem Gewebe vom selben Patienten”.

Zunächst behandelten sie die Gewebeschnitte mit chemisch modifizierter Sialinsäure; diese enthielt eine zusätzliche Azid-Einheit, um daran später den Fluoreszenzmarker zu binden. Die Azid-modifizierte Sialinsäure fügte sich problemlos in den Tumor-Zellstoffwechsel ein. Dann wurde der Fluoreszenzmarker zugegeben, und die Wissenschaftler inspizierten das Resultat entweder durch Fluoreszenzmikroskopie oder Massenspektrometrie nach Auflösung des Zellverbunds. Der Unterschied zwischen Krebs- und gesundem Gewebe im Anteil der Glykoproteine war durch das Markierungsverfahren klar sichtbar. Außerdem konnten für Krebszellen charakteristische Proteine in erhöhter oder deutlich geringerer Menge nachgewiesen werden. Die Autoren regen an, diese Markierungsplattform mit bereits vorhandenen Glykoproteom-Analyseverfahren zu verbinden, um dadurch zielgerichtet die Rolle von Sialinsäure, Glykoproteinen und Krebs erforschen zu können.