German Title: Proteom-Profiling des duktalen Adenokarzinoms der Bauchspeicheldrüse und spezifischer Nachweis der Kallikrein-Proteasen -6 und -10 durch gezielte und explorative Massenspektrometrie

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Abstract

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the deadliest malignancies in the world with most patients representing themselves in a metastatic stage. Thus, PDAC urgently needs new therapeutic approaches and the identification of novel biomarkers which enable early diagnosis. In PDAC, two members of the human tissue kallikrein family (KLK), KLK6 and KLK10, were shown to be significantly upregulated and are hence assumed to play critical roles in its malignant progression. However, little is known so far about their contribution to pathophysiology of pancreatic cancer. Therefore, we performed targeted and explorative mass spectrometry (MS) to qualitatively and quantitatively investigate KLK proteins in conditioned pancreatic cancer cell media as well as PDAC formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissues and also performed an explorative proteome profiling of PDAC to better understand the disease-related proteome biology. Initially, a robust and reproducible sample preparation workflow was established for the enrichment and detection of KLKs in conditioned pancreatic cancer cell media and PDAC FFPE tissue. The targeted approach demonstrated cell line specific secretion of KLK6 and KLK10. Moreover, we found significantly upregulated KLK6 and KLK10 protein levels in malignant tissues of PDAC and ampullary cancer compared to controls. Both targeted and explorative analysis further highlight the “Warburg effect” in PDAC, with a significant upregulation of glycolytic proteins and downregulation of the mitochondrial energy metabolism. In addition, PDAC showed a significant overexpression of proteins involved in cell adhesion, which stands in contrast to the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) theory and suggests a collective cell migration rather than single cell dissemination. In summary, our data of the targeted analyses suggest that KLK6 and KLK10 are an integral part of PDAC tumor biology and may be potential biomarkers, while the explorative analysis revealed interesting up- and downregulated proteins within the different conditions, all of which require further validation in larger patient cohorts.

Translation of abstract (German)

Das duktale Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse (PDAC) ist eine der tödlichsten bösartigen Erkrankungen weltweit, wobei sich die meisten Patienten in einem metastasierten Stadium befinden. Daher werden für das PDAC dringend neue therapeutische Ansätze und die Identifizierung neuer Biomarker benötigt, die eine frühzeitige Diagnose ermöglichen. Es wurde gezeigt, dass zwei Mitglieder der humanen Gewebekallikrein-Familie (KLK), KLK6 und KLK10, in PDAC signifikant hochreguliert sind und daher vermutlich eine entscheidende Rolle bei der malignen Progression spielen. Bisher ist jedoch wenig über ihren Beitrag zur Pathophysiologie des Bauchspeicheldrüsenkrebses bekannt. Daher haben wir eine gezielte und explorative Massenspektrometrie (MS) durchgeführt, um KLK-Proteine in konditionierten Pankreaskrebs-Zellmedien sowie in formalinfixiertem, paraffineingebettetem (FFPE) PDAC-Gewebe qualitativ und quantitativ zu untersuchen, und auch ein exploratives Proteom-Profiling von PDAC durchgeführt, um die krankheitsbezogene Proteombiologie besser zu verstehen. Zunächst wurde ein robuster und reproduzierbarer Arbeitsablauf zur Probenvorbereitung für die Anreicherung und den Nachweis von KLKs in konditionierten Pankreaskrebszellmedien und PDAC FFPE-Gewebe etabliert. Der gezielte Ansatz zeigte eine zelllinienspezifische Sekretion von KLK6 und KLK10. Darüber hinaus fanden wir in malignen Geweben von PDAC und Ampullenkrebs im Vergleich zu Kontrollen deutlich erhöhte KLK6- und KLK10-Proteinspiegel. Sowohl die gezielte als auch die explorative Analyse unterstreichen den „Warburg-Effekt“ bei PDAC mit einer signifikanten Hochregulierung der glykolytischen Proteine und einer Herunterregulierung des mitochondrialen Energiestoffwechsels. Darüber hinaus zeigte sich bei PDAC eine signifikante Überexpression von Proteinen, die an der Zelladhäsion beteiligt sind, was im Gegensatz zur Theorie des epithelialen zu mesenchymalen Übergangs (EMT) steht und eher auf eine kollektive Zellmigration als auf eine Ausbreitung einzelner Zellen schließen lässt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unsere Daten aus den gezielten Analysen darauf hindeuten, dass KLK6 und KLK10 ein integraler Bestandteil der PDAC-Tumorbiologie sind und potenzielle Biomarker sein könnten, während die explorative Analyse interessante hoch- und herunterregulierte Proteine innerhalb der verschiedenen Bedingungen aufdeckte, die alle eine weitere Validierung in größeren Patientenkohorten erfordern.