H. P. Fortmeyer

L-glutamine: a major substrate for tumor cells in vivo?

SummaryFrom 65 human breast cancer xenografts investigated, a net glutamine uptake was found in 13 tumors (mean±SE: 15.7±4.5 nmol/g per min) whereas a net release (22.5±3.3 nmol/g per min) was observed in 40 tumors. In 12 tumors neither a significant net uptake nor a net release was obvious. There is experimental evidence that glutamine is taken up by cancer cells only at arterial concentrations>0.5 mM. Another parameter determining glutamine utilization by tumor cells may be the tissue oxygenation. In hypoxic or anoxic tumor areas, glutamine oxidation is unlikely since oxygen is required for the reoxidation of coenzymes which are reduced in the course of this metabolic pathway. The pronounced net release could be due to proteolysis within the tumors investigated. In ascitic fluid (DS-carcinosarcoma), glutamine accumulated during growth, implicating a reduction in the glutamine consumption rate, proposedly also due to a worsening of the oxygen supply to the suspended tumor cells. Thus, the generally held opinion that l-glutamine is a (if not the) major substrate for the energy metabolism of rapidly growing tumor cells should be reconsidered since evidence for this hypothesis has been derived mainly from in vitro system with abundant oxygen.

The tumor-inhibiting effect of diethylstilbestrol-3,4-oxide

SummaryDiethylstilbestrol-3,4-oxide (DES-3,4-oxide), one of the possible cancerogenic metabolites of the well-known estrogen diethylstilbestrol (DES), is a potential estrophilic cytostatic compound. It shows a very good affinity to the estrogen receptor. The uterotrophic activity determined in the mouse uterine weight bioassay is nearly identical with that of DES. Potential alkylating properties could neither be detected in the p-NBP test nor in the prophage induction test. DES-3,4-oxide [0.01–1.0 mg/kg body weight (b. wt.)] markedly inhibited the growth of the DMBA-induced hormone-dependent mammary carcinoma of the SD rat, as well as the growth of a hormone-dependent postmenopausal (but not of a premenopausal) human mammary carcinoma serially transplanted in nude mice. However, DES-3,4-oxide had not significantly better effect on the DMBA-induced mammary carcinoma of the SD rat than DES.

Synthesis and evaluation of catechol analogs of diethylstilbestrol on a hormone-dependent human mammary carcinoma implanted in nude mice

Summary3,4-Bis(3′,4′-diacetoxyphenyl)hex-3-ene (5a), 4(4′-acetoxyphenyl)-3(3′,4′-diacetoxyphenyl) hex-3-ene (5b), and 4(3′-acetoxyphenyl)-3(3′,4′-diacetoxyphenyl)hex-3-ene (5c) were synthesized according to the method of Dodds et al. (1939). All compounds inhibited the interaction of 3H-estradiol with its receptor. The relative binding affinity (RBA) values increased in the order: 5a (1.0)<5c (7.6)<5b (21.7). In the immature mouse uterine weight bioassay, the uterotrophic activity of 5a-c was only weak. 5a and 5c, but not 5b, exhibited significant antiuterotrophic properties. All compounds significantly inhibited the growth of a postmenopausal hormone-dependent human mammary carcinoma serially implanted in nude mice.

Vitamin B6 and Cancer

The title of the invited paper asks for reviewing the role of vitamin B6 in cancer under all aspects, strictly spoken. The available space, however, is limited. It will be impossible to cover all the possible facets of this subject here. But in case of this vitamin true relevance seems to be more or less restricted to tumor proliferation. Vitamin B6 apparently plays not such a significant role in cancerogenesis as vitamin A does, for instance. The general consequences of vitamin B6 availability for the state of immunity should not be totally neglected, of course. A satisfactory state of immunity may be helpful in the control of metastatic formation. But at the present the dominating field of interest in vitamin B6 seems to be the metabolism of this vitamin in established tumor tissues and its possible influences on tumor proliferation. Therefore this review will be restricted on some interesting and maybe promising findings in this regard. Our research team contributed to them. A comparably new animal model was available to us. It allows completely new approaches to the problem of human tumor and nutrition. This model are athymic rodents, the so-called nude mice and rats, nu/nu resp. rnu/rnu. The immune system of such animals is unable to identify foreign tissues. This characteristic is due to a hereditary aplasia of functional thymus tissues and cells.

Untersuchungen zur sekundären Cyclophosphamidresistenz beim menschlichen Mammakarzinom nach Xenotransplantation auf nu/nu-Mäuse

tration (10 .5 M/l) mit 75% die meisten Tumoren mit Stimulationen bzw. Inhibitionen yon mehr als 10%, wfihrend bei 10 .7 und 10 . 9 M/1 nur jeweils die Hfilfte der Karzinome Verfinderungen des Thymidineinbaues yon mehr als + 10% zeigten. Die auf der Abb. 1 dargestellten Tumorreaktionsprofile zeigen, dab es ein einheitliches Reaktionsmuster menschlicher Mammakarzinome auf die untersuchten Konzentrationen yon MPA in vitro nicht gibt. Die Reaktionspunkte der einzelnen Tumoren sind auf diesem Bild durch Striche miteinander verbunden. Ebensowenig liegen sich eindeutige Dosis-Wirkungsbeziehungen beobachten, wie sie von kultivierten Zellinien her bekannt sind. Jedes der untersuchten Mammakarzinome reagierte auf mindestens eine der getesteten MPA-Konzentrationen mit einer Stimulation bzw. Inhibition des Thymidineinbaues yon mehr als 10%. Das k6nnte darauf hindeuten, dab mehr Mammakarzinome als bisher angenommen durch MPA zu beeinflussen sind, wenn es gelingt, den ffir den einzelnen Tumor richtigen Konzentrationsbereich zu finden.

Die Interpretation von Hormonrezeptorbefunden. Untersuchungen mit dem in vivo-Modell der Nacktmaus

Der Stellenwert von Steroidhormon-Rezeptorbefunden (Ostradiolund Progesteronrezeptoren) ist heute f~ir die Prognose und Therapie des metastasierenden Mammakarzinoms unbestritten. Wenn man jedoch representative Rezeptorbestimmungen erwartet, so mfissen bestimmte Gesichtspunkte im Zusammenhang mit der Entnahme und der Lagerung tier Tumoren beachtet, sowie eine m6glicherweise vorangegangene Behandlung ber~cksichtigt werden. Mit Hilfe des Xenotransplantationsmodelle der Nacktmaus soll an rezeptorcharakterisierten menschlichen Mammakarzinomen untersucht werden, ob wesentliche Rezeptorverluste durch ein verz6gertes Einfrieren der Gewebsproben nach der Tumorentnahme bzw. w~ihrend einer Lagerung der Tumoren bei -30 °C auftreten. Ferner soll eine m6gliche Anderung der RezeptorkapazitM unter einer endokrinen, zytostatischen und radiologischen Behandlung ~iberprt~ft werden. Es werden Nacktm~iuse aus eigener Koloniezucht verwendet (NMRInu/nu, Auszuchtstamm Mutante nu) und rezeptorcharakterisierte, in Serie transplantierbare menschliche Mammakarzinome den Tieren heterotransplantiert. Fiir die P~fung eines Rezeptorverlusts durch verz6gertes Einfrieren bzw. w~ihrend der Lagerung von Tumorproben bei -30°C wird ein Pool menschlichen Tumorgewebes mit Hilfe des Xenotransplantationsmodells hergestellt, das Rezeptormuster am gepoolten Gewebe bestimmt und die einzelnen Tumorproben fraktioniert eingefroren. Die Rezeptorbestimmung (Dreifachbestimmungen) erfolgt durch Kohleadsorptionstechnik mit Scatchardanalyse und Gelelektrophorese. Bei den Untersuchungen zur Frage einer Beeinflussung des nachweisbaren Musters der Steroidhormonrezeptoren dutch endokrine, zytostatische und radiologische Therapieverfahren kommen Tamoxifen (15 mg/kg i.m./ 3. Tage in Arachis61), Medroxyprogesteronacetat (2 g/kg s. c./10 Tage) und Ostradiolvalerianat (10 mg/kg i.m./Woche) zur Anwendung, ferner Adriamycin (10% der LD 50) und Cyclophosphamid (10% der LD 50) sowie eine Tumorbestrahlung am Betatron mit Elektronen einer Energie von 10 MeV in Einzeldosen von 2 Gy bis zu einer Gesamtherddosis von 40 Gy. Das verz6gerte Einfrieren der entnommenen Tumorgewebe bzw. die Lagerung bei -30 °C hat einen raschen Abfall der Rezeptorkapazit~it, be-

Ergebnisse einer Therapie mit Cis-Platin an xenotransplantierten menschlichen Mammakarzinomen

der Tumor sein Wachstum nicht wieder auf. Die Sensibilitfitsunterschiede der Tumoren traten bei der Therapie mit 6,5 mg ADM/kg deutlicher in Erscheinung. Der Tumor SI blieb resistent, der Tumor SC ebenfalls. Der Wachstumsrfickgang bei den Karzinomen ST und KA war demgegenfiber massiver. Dieses Versuchsergebnis blieb auch bei einer Therapie mit 9,75 mg ADM/kg Maus im Prinzip gleich. 121berraschend war, dab der Tumor SI auch jetzt noch unverfindert weiter wuchs. St6rend war jedoch bei den Therapiegruppen mit 9,75 mg ADM/kg der relativ hohe Tierverlust unter der Behandlung. Demnach war eine sichere Trennung zwischen sensiblen und resistenten Mammakarzinomen bei geringstm6glichem Tierverlust mit der Dosis 6,5 mg ADM/kg Maus mOglich. Dies entspricht 50% der von uns in Vorversuchen ermittelten LDs0 von Adriamycin.

Dosiswirkungskurven von Adriamycin bei xenotransplantierten menschlichen Mammakarzinomen

Mammakarzinom mit einer relativ niedrigen Dosis yon Cyclophosphamid behandelt (10% der LDs0 ). Unter dieser Behandlung wuchs innerhalb des nfichsten halben Jahres der Tumor zunfichst nur sehr langsam, dann abet deutlich schneller. Auch eine Erh6hung der w6chentlichen Dosis auf 20% der LDs0 ergab nun keine Remission mehr. Nun wurde in einem Versuch dieser gegen Cyclophosphamid sekund/ir resistent gewordene Tumor unter den gleichen Versuchsbedingungen gegentiber Cyclophosphamid und Ifosfamid getestet wie in dem ersten Basisversuch. Im Gegensatz zum Basisversuch zeigten die Tumoren unter einer Cyclophosphamidbehandlung keine Remissionstendenzen mehr. Zu unserer 121berraschung traf dies auch fiir die ifosfamidbehandelten Karzinome zu. Es hatte sich eine Kreuzresistenz entwickelt. Aufgrund unserer Untersuchungen mug bezweifelt werden, ob eine sekundfire Cyclophosphamidresistenz in der Klinik durch die Gabe von Ifosfamid durchbrochen werden kann. Es sind jedoch noch weitere Untersuchungen mit anderen heterotransplantierten, menschlichen Individualtumoren notwendig, um diese Behauptung sichern zu k6nnen.

“Outsider-Therapien” an menschlichen xenotransplantierten Mammakarzinomen

(K61n): Histochemische Untersuchungen fiber die hormonelle Steuerung von Lektinrezeptoren im Brustdriisengewebe der Ratte Im normalen und karzinomatfs verfinderten Brustdriisengewebe finden sich Glykosubstanzen, die das Disaccharid fl-D-Gal(1-3)GalNAc in freier und sialinsfiuresubstituierter Form enthalten. Histochemisch wurden daher diese Kohlehydratsequenzen mit FITCbzw. Rhodamin-markiertem Erdnuglektin (peanut agglutinin, PNA), das eine hohe Affinit~it zu dem Disaccharid aufweist, direkt (freie Rezeptoren) oder nach Neuraminidasebehandlung (neuraminsfiuresubstituierte Rezeptoren) am formalinfixierten Brustdrfisengewebe der Ratte dargestellt, mit dem Ziel ihre Hormonabh~ngigikeit zu prfifen. Nach Ovarektomie kam es im Brustdrfisengewebe geschlechtsreifer Ratten zu einer Verminderung der PNA-Bindungsstellen. Wurden nun ovarektomierte Tiere mit 17/%Ostradiol behandelt, so fand sich neben einer Proliferation des Brustdrfisenparenchyms auch eine vermehrte Biosynthese yon PNA-Bindungsstellen, die im apikalen Bereich der Epithelzellen und im Sekret lokalisiert waren. Im Gegensatz zum 17/3-13stradiol ffihrte die alleinige Gabe yon Progesteron am ovarektomierten Tier zu keiner Stimulation der PNA-Rezeptorbiosynthese. Die durch 17/3-Ostradiol induzierte Expression yon PNA-Bindungsstellen konnte durch die gleichzeitige Gabe des 13strogenantagonisten Tamoxifen fast vollstfindig unterdriickt werden. Dies war yon einer Hemmung der Proliferation des Brustdrfisenepithels begleitet. Die durch 17/3-Ostradiol stimulierte Biosynthese des PNA-Rezeptors, wurde weiterhin durch Actinomycin D und Cycloheximid gehemmt, so dab angenommen werden kann, dab die hormoninduzierte Bildung yon PNA-Bindungsstellen fiber eine Stimulation der RNAund Proteinsynthese verlfiuft. In diesen Stoffwechsel greift offenbar auch das Prolactin ein, da nach Hemmung der Prolactinsekretion mit Bromocriptin eine Reduktion der PNA-Rezeptorbiosynthese nach Ostrogenstimulation beobachtet wurde. Allerdings vermochte die alleinige Gabe yon Prolactin am ovarektomierten Tier nicht die Bildung von PNA-Bindungsstellen zu induzieren. Erst die simultane Verabreichung von Prolactin und 17/%Ostradiol unter Ausschaltung der endogenen Prolactinsekretion mit Bromocriptin resultierte wieder in einer gesteigerten Biosynthese von PNA-Bindungsstellen. Zusammenfassend ergaben die Tierexperimente, dab die Expression yon PNA-Bindungsstellen im Brustdrfisengewebe eng an sekretorische und z. T. proliferative Vorgfinge gekoppelt ist. Weiterhin zeigten die Untersuchungen, dal3 im Brustdr~sengewebe die PNA-Bindungsstellen das Endprodukt eines hormonmodulierten Stbffwechselweges darstellen, ffir dessen Steuerung dem Ostrogen im Zusammenspiel mit dem Prolactin eine Schlfisselstellung zukommt.

Die in vivo-Testung menschlicher Mammacarcinome gegenber Steroidhormonen nach Transplantation auf thymusaplastische Nacktmuse

einem Karzinom f/illt der Verlust des DHT-Rezeptors in der vierten Tierpassage auf. Auch die histologischen Befunde von Originaltumor und den auf den Nacktm/iusen gewachsenen Transplantaten stimmen fiberein. Der negative Befund der Rezeptoranalyse f/Jr den DHT-Rezeptor eines Tumors in der vierten Tierpassage wirft die Frage eines Rezeptorverlustes mit zunehmender Passagenzahl auf. Die vorliegenden Ergebnisse lassen an die M6glichkeit von in vivo-Studien steroidhormoneller Therapieformen an thymusaplastischen Nacktm/iusen denken.