text size

Glutamate Carboxypeptidase II as a Drug Target and a Molecular Address for Cancer Treatment

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Glutamate Carboxypeptidase II as a Drug Target and a Molecular Address for Cancer Treatment
Title (in czech):
Glutamátkarboxypeptidasa II jako cíl farmaceutického zásahu a molekulární adresa pro léčbu nádorových onemocnění
Type:
Dissertation
Author:
Mgr. Tomáš Knedlík
Supervisor:
doc. RNDr. Jan Konvalinka, CSc.
Opponents:
prof. RNDr. Marie Stiborová, DrSc.
RNDr. Pavel Souček, CSc.
Thesis Id:
90058
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Biochemistry (31-250)
Study programm:
Biochemistry (P1406)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
25/01/2018
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
glutamátkarboxypeptidasa II, membránový antigen specifický pro prostatu, nádory prostaty, neurologická onemocnění, glutamátová excitotoxicita, N-acetyl-L-aspartyl-L-glutamát, NAAG, cílení proteinů, protilátková mimetika, sérový marker
Keywords:
glutamate carboxypeptidase II, prostate specific membrane antigen, prostate cancer, neurologic disorders, glutamate excitotoxicity, N-acetyl-L-aspartyl-L-glutamate, NAAG, protein targeting, antibody mimetics, serum marker
Abstract (in czech):
Glutamátkarboxypeptidasa II (GCPII), známá také jako membránový antigen specifický pro prostatu (PSMA), je membránová metalopeptidasa, jež je exprimovaná na buňkách karcinomu prostaty. GCPII si dále získala pozornost neurologů, neboť v mozku štěpí neurotransmiter N-acetyl-L-aspartyl-L-glutamát (NAAG). Touto aktivitou se GCPII může podílet na řadě mozkových poruch, jelikož NAAG vykazuje neuroprotektivní účinky. GCPII se proto stala prostředkem pro zobrazování a možnou cílenou léčbu nádorů prostaty stejně jako pro léčbu mozkových poruch. Nádory prostaty celosvětově představují druhé nejčastější mužské nádorové onemocnění. U většiny mužů, dříve či později, dochází k vytvoření určité formy nádoru prostaty. Nádory prostaty jsou ovšem život ohrožující pouze při opuštění samotné prostaty a rozšíření do jiných tkání. Z tohoto důvodu bylo enormní úsilí vloženo do dřívější detekce nádorů v lépe léčitelných stupních, stejně jako do cílení na agresivní metastatické nádory resistentní na standardní léčbu. Pacienti procházející konvenční terapií (kombinace chemoterapie a chirurgického zákroku) trpí poměrně závažnými vedlejšími účinky – proto jsou hledány účinnější způsoby léčby zahrnující selektivní směrování na nádorové antigeny, jež jsou mnohonásobně více produkovány nádorovými buňkami. GCPII představuje tento cíl, jenž by mohl být použit buď pro detekci pokročilých stupňů nádorů či jako molekulární adresa pro cílené doručování léčiv přímo do nádorové tkáně. Studie uvedené v této práci se zaměřují na GCPII jako potenciální diagnostický a terapeutický cíl a dále na vývoj nových molekulárních nástrojů pro studium fyziologické i patologické role GCPII. Z těchto důvodů jsme zhodnotili potenciál GCPII stát se sérovým markerem nádorů prostaty a určili její koncentraci v krvi zdravé populace. Vzhledem k tomu, že vývoj nových terapeutik a léčebných metod vyžaduje modelové organismy, charakterizovali jsme myší GCPII, jelikož myši představují nejčastěji používaná pokusná zvířata. Nakonec jsme vyvinuli polymerní konjugáty nesoucí inhibitory GCPII, které by se mohly stát nástroji pro aktivní transport léčiv do buněk exprimujících GCPII. Tyto konjugáty mohou ovšem sloužit i jako mimetika protilátek umožňující selektivní cílení zvolených proteinů, jejich izolaci a vizualizaci in vitro a in vivo. Tento nový chemicko- biologický nástroj, nazvaný iBodies, má tak uplatnění i mimo oblast nádorového antigenu GCPII.
Abstract:
Glutamate carboxypeptidase II (GCPII), also known as prostate-specific membrane antigen (PSMA), is a membrane metallopeptidase overexpressed on most prostate cancer cells. Additionally, GCPII also attracted neurologists’ attention because it cleaves neurotransmitter N-acetyl-L-aspartyl-L-glutamate (NAAG). Since NAAG exhibits neuroprotective effects, GCPII may participate in a number of brain disorders, which were shown to be ameliorated by GCPII selective inhibitors. Therefore, GCPII has become a promising target for imaging and prostate cancer targeted therapy as well as therapy of neuronal disorders. Globally, prostate cancer represents the second most prevalent cancer in men. With the age, most men will develop prostate cancer. However, prostate tumors are life threatening only if they escape from the prostate itself and start to spread to other tissues. Therefore, considerable efforts have been made to discover tumors earlier at more curable stages as well as to target aggressive metastatic cancers that have already invaded other tissues and become resistant to the standard treatment. Since patients undergoing a conventional therapy (a combination of chemotherapy and surgery) suffer from severe side effects, more effective ways of treatment are being searched for. Novel approaches include selective targeting of tumor antigens overexpressed on tumor cells. GCPII represents such a target that may be used either for imaging of advanced cancers or as an address for prostate-targeted drug delivery. The studies presented in the thesis focused on GCPII as a potential diagnostic and therapeutic target as well as development of novel molecular tools for studying physiological and pathological role of GCPII in various tissues. Therefore, we evaluated GCPII potential to become a serum marker of prostate cancer and determined its concentration in the blood plasma among healthy population. Since the development and testing of novel therapeutics and methods require a model organism, we characterized mouse GCPII as mice represent most widely used model animals. Finally, we developed polymer conjugates decorated with GCPII inhibitors that might become a tool for an active drug delivery to cells expressing GCPII. These conjugates might also serve as antibody mimetics enabling selective targeting of desired proteins, their isolation and visualization in vitro and in vivo. Therefore, this novel chemical-biological tool, called iBodies, also has the application outside of the area of GCPII.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Mgr. Tomáš Knedlík 9.8 MB
Download Abstract in czech Mgr. Tomáš Knedlík 179 kB
Download Abstract in english Mgr. Tomáš Knedlík 177 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Mgr. Tomáš Knedlík 1.35 MB
Download Opponent's review prof. RNDr. Marie Stiborová, DrSc. 241 kB
Download Opponent's review RNDr. Pavel Souček, CSc. 49 kB
Download Defence's report 989 kB