The MUC1 mucin as a target for antibody mediated anti-tumour reactions

Abstract

MUC1 mucins are extensive glycosylated macromolecules expressed and often secreted by various epithelial tissues. During malignant transformation, these mucins typically shift from apical to circumferential membrane localization, reflecting a loss of epithelial cell polarity and an increase in mucin secretion by tumor cells. This study investigates the expression and functional roles of MUC1 in human breast cancer cell lines, including T-47D, MCF-7wt, MCF-7adr, and MDA-231. The research aims to characterize MUC1 expression, assess its potential as a target for complement-dependent cytotoxicity, explore factors influencing MUC1 expression, identify determinants recognized by anti-MUC1 monoclonal antibodies, evaluate its role in autoantibody responses, and determine the utility of MUC1-related DNA in serum as a prognostic marker.MUC1 expression was evaluated using ELISA, FACS analysis, and immunofluorescence microscopy, revealing the highest levels in T-47D and MCF-7wt cells, followed by MCF-7adr and MDA-231. The susceptibility of these cell lines to complement-dependent lysis was tested using murine IgG and IgM anti-MUC1 monoclonal antibodies. Only T-47D cells exhibited evidence of complement-dependent lysis, which was enhanced but not significantly increased by neuraminidase treatment, indicating that sialic acid removal does not markedly improve cytotoxicity. The study also explored the relationship between MUC1 expression and estrogen receptor (ER) status in breast cancer cell lines. Oestradiol-17β, a representative steroid hormone, did not influence MUC1 expression in either ER+ (T-47D and MCF-7wt) or ER- (MDA-231) cell lines. MUC1 expression levels correlated with cell number, as shown by ELISA and MTT assays. Epitope mapping revealed that murine monoclonal antibodies raised against MUC1 recognize linear epitopes within the protein core, with a common arginine residue being a key feature. Analysis of anti-MUC1 antibodies and Pepscan techniques identified frequently recognized epitopes, including RPAPGS, PDTRP, and PPAHGVT. Serum samples from advanced breast cancer patients and those treated with a synthetic peptide vaccine were examined for reactivity to MUC1 antigens. Advanced cancer patients exhibited higher reactivity to tumor-associated MUC1, while vaccinated patients showed increased sensitivity to synthetic peptide targets. Despite detecting free MUC1 DNA in the serum of breast cancer patients, it was not a reliable diagnostic marker due to its presence in normal individuals. This research aims to enhance the understanding of MUC1 as a diagnostic and therapeutic target in breast cancer, providing insights into effective strategies for monitoring and treating the disease.

Οι γλυκοπρωτεΐνες MUC1 είναι μεγάλες γλυκοσιλώσεις μακρομόρια που εκφράζονται και συχνά εκκρίνονται από διάφορους επιθηλιακούς ιστούς. Κατά τον κακοήθη μετασχηματισμό, η μεμβρανική έκφραση των μουκινών αυτών αλλάζει από κορυφαία σε περιφερειακή, υποδεικνύοντας απώλεια της πολικότητας των επιθηλιακών κυττάρων και αύξηση της έκκρισης της MUC1 από τα καρκινικά κύτταρα. Η μελέτη αυτή αναλαμβάνει να χαρακτηρίσει την έκφραση μορίων MUC1 σε μία ομάδα κυτταρικών σειρών καρκίνου του μαστού (T-47D, MCF-7wt, MCF-7adr, και MDA-231) και να μελετήσει τα ακόλουθα: να προσδιορίσει κατά πόσο η MUC1 είναι δυνατό να λειτουργήσει ως στόχος για εξαρτώμενη από το συμπλήρωμα κυτταροτοξικότητα, να διασαφηνίσει παράγοντες οι οποίοι ενδεχομένως να ελέγχουν ή διαμορφώνουν την έκφραση της MUC1, να εκτιμήσει τη φύση αντιγονικών καθοριστών που αναγνωρίζονται από anti-ΜUC1 μονοκλωνικά αντισώματα, να προσδιορίσει κατά πόσο DNA στο οποίο κωδικοποιούνται τμήματα της MUC1 σε ορό ασθενών με καρκίνο του μαστού είναι δυνατό να παράσχει χρήσιμες προγνωστικές πληροφορίες. Η έκφραση της MUC1 αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας ELISA, ανάλυση FACS και μικροσκοπία ανοσοφθορισμού, αποκαλύπτοντας τα υψηλότερα επίπεδα στις κυτταρικές σειρές T-47D και MCF-7wt, ακολουθούμενες από τις MCF-7adr και MDA-231. Δοκιμάστηκε η ευαισθησία αυτών των κυτταρικών σειρών σε κυτταρική τοξικότητα εξαρτώμενη από το συμπλήρωμα, χρησιμοποιώντας μονοκλωνικά αντισώματα IgG και IgM κατά της MUC1. Μόνο τα κύτταρα T-47D παρουσίασαν ενδείξεις τοξικότητας εξαρτώμενης από το συμπλήρωμα, η οποία ενισχύθηκε αλλά δεν αυξήθηκε σημαντικά μέσω θεραπείας με νευραμινιδάση, υποδεικνύοντας ότι η απομάκρυνση του σιαλικού οξέος δεν αυξάνει σημαντικά την κυτταρική τοξικότητα. Η μελέτη επίσης διερεύνησε τη σχέση μεταξύ της έκφρασης της MUC1 σε σχέση με το καθεστών των οιστρογονικών υποδοχέων (ER) σε κυτταρικές σειρές καρκίνου του μαστού. Η οιστραδιόλη-17β, ως αντιπροσωπευτικός στεροειδής ορμόνη, δεν επηρεάζει την έκφραση της MUC1 σε ER+ (T-47D και MCF-7wt) ή ER- (MDA-231) κυτταρικές σειρές. Τα επίπεδα έκφρασης της MUC1 σχετίζονται με τον αριθμό των κυττάρων, όπως αποδεικνύεται από τις δοκιμές ELISA και MTT.Η χαρτογράφηση επιτόπων αποκάλυψε ότι τα μονοκλωνικά αντισώματα κατά της MUC1 αναγνωρίζουν γραμμικούς επιτόπους στην υδρόφιλη περιοχή της πρωτεϊνης, με κατάλοιπο αργινίνης να είναι συχνό και χαρακτηριστικό στοιχείο. Η ανάλυση των αντισωμάτων κατά της MUC1 και οι τεχνικές Pepscan προσδιόρισαν συχνά αναγνωριζόμενους επιτόπους, περιλαμβάνοντας τα RPAPGS, PDTRP και PPAHGVT.Δείγματα αίματος από ασθενείς με προχωρημένο καρκίνο του μαστού και από αυτούς που ελήφθησαν με εμβόλιο συνθετικού πεπτιδίου εξετάστηκαν για αντίδραση με τα αντιγόνα MUC1. Οι ασθενείς με προχωρημένο καρκίνο παρουσίασαν υψηλότερη αντίδραση στα αντιγόνα MUC1 που σχετίζονται με τον όγκο, ενώ οι εμβολιασμένοι ασθενείς έδειξαν αυξημένη ευαισθησία προς τους συνθετικούς πεπτιδικούς στόχους. Παρά την ανίχνευση ελεύθερου DNA MUC1 στο αίμα των ασθενών με καρκίνο του μαστού, δεν ήταν αξιόπιστος διαγνωστικός δείκτης λόγω της παρουσίας του και σε υγιή άτομα. Η παρούσα έρευνα στοχεύει στην ενίσχυση της κατανόησης της MUC1 ως στόχου για διαγνωστικές και θεραπευτικές στρατηγικές στον καρκίνο του μαστού, παρέχοντας πληροφορίες για αποτελεσματικές στρατηγικές παρακολούθησης και θεραπείας της νόσου.