Cancer treatment has been stratified by companion biomarker tests that serve to provide information on the genetic status of cancer patients and to identify patients who can be expected to respond to a given treatment. This stratification guarantees better efficiency and safety during treatment. Cancer patients, however, marginally benefit from the current companion biomarker-aided treatment regimens, presumably because companion biomarker tests are dependent solely on the mutation status of several genes status quo. In the true sense of the term, "personalized medicine", cancer patients are deemed to be identified individually by their molecular signatures, which are not necessarily confined to genetic mutations. Glycosylation is tremendously dynamic and shows alterations in cancer. Evidence is accumulating that aberrant glycosylation contributes to the development and progression of cancer, holding the promise for use of glycosylation status as a companion biomarker in cancer treatment. There are, however, several challenges derived from the lack of a reliable detection system for aberrant glycosylation, and a limited library of aberrant glycosylation. The challenges should be addressed if glycosylation status is to be used as a companion biomarker in cancer treatment and contribute to the fulfillment of personalized medicine.
Kim, Yong-Sam;Kim, Sun-Hee;Kang, Jeong-Gu;Ko, Jeong-Heon
BMB Reports
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v.45
no.11
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pp.623-628
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2012
Tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs; TIMP-1, -2, -3 and -4) are endogenous inhibitor for matrix metalloproteinases (MMPs) that are responsible for remodeling the extracellular matrix (ECM) and involved in migration, invasion and metastasis of tumor cells. Unlike under normal conditions, the imbalance between MMPs and TIMPs is associated with various diseased states. Among TIMPs, TIMP-1, a 184-residue protein, is the only N-linked glycoprotein with glycosylation sites at N30 and N78. The structural analysis of the catalytic domain of human stromelysin-1 (MMP-3) and human TIMP-1 suggests new possibilities of the role of TIMP-1 glycan moieties as a tuner for the proteolytic activities by MMPs. Because the TIMP-1 glycosylation participate in the interaction, aberrant glycosylation of TIMP-1 presumably affects the interaction, thereby leading to pathogenic dysfunction in cancer cells. TIMP-1 has not only the cell proliferation activities but also anti-oncogenic properties. Cancer cells appear to utilize these bilateral aspects of TIMP-1 for cancer progression; an elevated TIMP-1 level exerts to cancer development via MMP-independent pathway during the early phase of tumor formation, whereas it is the aberrant glycosylation of TIMP-1 that overcome the high anti-proteolytic burden. The aberrant glycosylation of TIMP-1 can thus be used as staging and/or prognostic biomarker in colon cancer.
Since their discovery in 1940, it has been well established that gangliosides are associated with a number of biological pathways and cellular processes such as growth, differentiation and toxin uptake. Gangliosides are glycosphingolipids containing neuraminic acid which are expressed on the plasma membrane of cells particularly in the nervous system. Heterogeneity and structural variation in the carbohydrate chains of gangliosides contributes to unique features of each of these molecules. Thirty five years ago it was discovered that aberrant glycosylation occurs in a variety of human cancers, including aberrant glycosylation of gangliosides. Ganglioside expression in terms of quality and quantity varies in different cancers and different roles may be played. Gangliosides, by affecting the immune system, including esxpression of cytokines and adhesion molecules, may inhibit anti-tumor mechanisms, as well as having direct impact on angiogenesis, cell movement and metastasis. It should be noted that different kinds of gangliosides do not all act by the same mechanisms.
Aberrant expression of the polypeptide N-acetyl-galactosaminyltransferase (GALNTs) has been associated with cancer, but their function(s) in metastasis remains elusive. We have recently identified GALNT14, one of the O-GalNAc glycosylation-initiating enzymes, as a prognostic marker for pulmonary relapse in breast cancer patients. Furthermore, we showed that GALNT14 promotes lung metastasis by the following novel mechanisms: 1) enhancing metastasis initiation by inhibiting the anti-metastatic effect of BMP produced from the lung stroma, 2) exploiting growth signals (e.g. FGF) supplied by macrophages, for their growth into macrometastases in the lung environment. These multi-faceted roles of GALNT14 in lung metastasis are achieved by GALNT14-mediated inhibition and activation of the BMP and FGF signaling pathways, respectively. The link among GALNT14, its downstream pathways and lung metastasis, provides us with an opportunity to develop effective therapeutic intervention for breast cancer.
Protein glycosylation is the most common posttranslational modification in mammalian cells. Aberrant protein glycosylation has been reported in various diseases, including cancer. We identified and quantified the glycan structures of O-linked glycoprotein from cholangiocarcinoma (CCA) cell lines from different histological types and compared their profiles by nanospray ionization-linear ion trap mass spectrometry (NSI-$MS^n$). Five human CCA cell lines, K100, M055, M139, M213 and M214 were characterized. The results showed that the O-linked glycans of the CCA cell lines comprised tri- to hexa-saccharides with terminal galactose and sialic acids: NeuAc1Gal1GalNAc1, Gal2GlcNAc1GalNAc1, NeuAc2Gal1GalNAc1 NeuAc1Gal2GlcNAc1GalNAc1 and NeuAc2Gal2GlcNAc1GalNAc1 All five CCA cell lines showed a similar glycan pattern, but with differences in their quantities. NeuAc1Gal1GalNAc1 proved to be the most abundant structure in poorly differentiated adenocarcinoma (K100; 57.1%), moderately differentiated adenocarcinoma (M055; 42.6%) and squamous cell carcinoma (M139; 43.0%), while moderately to poorly differentiated adenocarcinoma (M214; 40.1%) and adenosquamous cell carcinoma (M213; 34.7%) appeared dominated by $NeuA_{c2}Gal_1GalNA_{c1}$. These results demonstrate differential expression of the O-linked glycans in the different histological types of CCA. All five CCA cell lines have abundant terminal sialic acid (NeuAc) O-linked glycans, suggesting an important role for sialic acid in cancer cells. Our structural analyses of glycans may provide important information regarding physiology of disease-related glycoproteins in CCA.
In eukaryotes, proteins that are secreted into ER are post-translationally modified by N-glycosylation, the patterns of which are significantly different between plant and animal cells. Biotechnology industry has already produced a number of therapeutic glycoproteins in plant cells. However, the aberrant glycosylation of therapeutic recombinant proteins in plant systems can cause immune problems in humans. Therefore, it is important to develop strategies for producing non-glycosylated forms to preserve biological activity and native conformation by a peptide: N-glycanase (PNGase). In this study, we try to isolate PNGase T gene from tomato, which can use as a platform plant for biotechnology industry. We isolated a cDNA (GenBank Accession number KM401550) from tomato leaves with 1,767 bp, which encoded a polypeptide of 588 amino acids with a predicted molecular mass of 65.8 kDa. We also investigated the expression patterns of PNGase T during fruit ripening of tomato. The transcripts of PNGase T, which were constitutively induced in tomato fruit from green stage, were significantly increased and reached a peak at orange stage. After which, those transcripts were continuously reduced. The expression pattern of PNGase T was coincided well with transcripts profiles of metacaspase gene, LeMCA, and senescence-related gene members of ACC synthase, LeACS2, LeACS4, and LeACS6, for ethylene biosynthesis during fruit ripening. These results suggest that PNGase T is involved in a de-glycosylation process associated with senescence and fruit ripening.
Background: Agrocybe aegerita Lectin (AAL) has been identified to have high affinity for sulfated and ${\alpha}2$-3-linked sialic acid glycoconjugates, especially the sulfated and sialyl TF (Thomsen-Friedenreich) disaccharide. This study was conducted to investigate the clinicopathological and prognostic value of AAL in identifying aberrant glycosylation in colorectal cancer (CRC). Materials and Methods: Glycoconjugate expression in 59 CRC tissues were detected using AAL-histochemistry. Clinicopathological associates of expression were analyzed with chisquare test or Fisher's exact test. Relationships between expression and the various clinicopathological parameters was estimated using Kaplan-Meier analysis and Cox regression models. Results: AAL specific glycoconjugate expression was significantly higher in tumor than corresponding normal tissues (66.1% and 46.1%, respectively, p=0.037), correlating with depth of invasion (p=0.015) and TNM stage (p=0.024). Patients with lower expression levels had a significantly higher survival rate than those with higher expression (p=0.046 by log rank test and p=0.047 by Breslow test for overall survival; p=0.054 by log rank test and P=0.038 by Breslow test for progress free survival). A marginally significant association was found between AAL specific glycoconjugate expression and overall survival by univariate Cox regression analysis (p=0.059). Conclusions: Lower AAL specific glycoconjugate expression is a significant favorable prognostic factor for overall and progress free survival in CRC. This is the first report about the employment of AAL for histochemical analysis of cancer tissues. The binding characteristics of AAL means it has potential to become a powerful tool for the glycan investigation and clinical application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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