Τα MHC τάξης I πεπτίδια περιορισμένα μόνο σε καρκινικό ιστό, τα οποία παράγονται από πρωτεΐνες του ίδιου του οργανισμού υπερεκφραζόμενες από μία μεγάλη ποικιλία ανθρώπινων κυττάρων νεοπλασιών, είναι δυνητικοί στόχοι για CTL (κυτταροτοξικά Τ λεμφοκύτταρα - Cytotoxic T lymphocyte), στα οποία βασίζεται η ανοσοθεραπεία πολλών ειδών καρκίνου. Ωστόσο, δεδομένου ότι παρουσιάζονται και από τα φυσιολογικά κύτταρα μπορεί να αναπτυχθεί επίσης θυμική και / ή περιφερική ανεκτικότητα. Η αυτό-ανοχή αφορά Τ λεμφοκύτταρα ειδικά για πεπτίδια υψηλής συγγένειας προς το MHC. Αντίθετα, τα Τ κύτταρα που αντιδρούν με όγκους, κατευθύνεται εναντίον πεπτιδίων όγκων με χαμηλή συγγένεια προς το MHC. Το μεγαλύτερο εμπόδιο για τη χρήση τέτοιων πεπτιδίων για ανοσο¬θεραπεία, είναι ότι αυτά είναι ασθενώς ή καθόλου ανοσογόνα. Αυτό οφείλεται στην αδυναμία τους να σχηματίζουν μεγάλο αριθμό σταθερών συμπλοκών MHC/πεπτιδίων στην επιφάνεια των ACP (κύτταρα που παρουσιάζουν αντιγόνα, Antigen Presenting Cells). Στην παρούσα ερ¬γασία περιγράφουμε μία προσέγγιση η οποία επιτρέπει την επαγωγή CTL απόκρισης έναντι χαμηλής συγγένειας HLA Α2.1 περιορισμένων πεπτιδίων. Αυτή συνίσταται στην τροποποίηση της πεπτιδικής αλληλουχίας με την εισαγωγή στη θέση 1 μίας Tyr, η οποία ευνοεί την αλληλεπίδρα¬ση πεπτιδίου/HLA Α2.1. Χρησιμοποιήθηκαν 25 πεπτίδια με διάφορες συγγένειες και ικανότητες σταθεροποίησης με το HLA Α2.1. Η αξιολόγηση της ικανότητα τους να επάγουν CTL απόκριση έδειξε μία αυστηρή συσχέτιση μεταξύ της συγγένειας σύζευξης/ικανότητας σταθεροποίησης και της ανοσογονικότητας. Τα ανάλογά τους με Ρ1Tyr παρουσίασαν υψηλότερη συγγένεια 1,5 έως 55,5 φορές και σταθεροποίησαν το HLA Α2.1 για τουλάχιστον 2 ώρες περισσότερο από τα α¬ντίστοιχα φυσικά πεπτίδια. Επιπλέον, η Ρ1Tyr τροποποίηση δεν μετέβαλε την αντιγονική ειδικό¬τητα των πεπτιδίων, αφού τα ανάλογα με Ρ1Tyr πάντα αναγνωρίζονταν από ειδικά CTL για τα φυσικά πεπτίδια και αντιστρόφως, ειδικά CTL για τα Ρ1Tyr ανάλογα αναγνώρισαν τα φυσικά πεπτίδια. Τελικά, όπως ήταν αναμενόμενο, τα Ρ1Tyr ανάλογα των χαμηλής συγγένειας με το HLA Α2.1 πεπτιδίων νεοπλασιών ενεργοποίησαν αποτελεσματικά in vivo απόκριση ειδικών CTL για τα φυσικά πεπτίδια. / Induction of CTL response to HLA A2.1 restricted tumor peptides exhibiting a low MHC binding affinity and a weak immunogenicity. MHC class I restricted peptides derived from self-proteins overexpressed by a wide variety of human tumor cells are potential targets for a broad spectrum CTL based immunotherapy in cancer. However, since they are presented by normal cells they may also represent thymic and/or peripheral tolerogens. Self-tolerance principally concerns high MHC/affinity peptide specific T cells and the tumor reactive T cells repertoire that is available to be mobilized by peptide based tumor vaccination protocols is directed against low MHC/affinity tumor peptides. A major barrier to the use of low MHC/affinity tumor peptide for immunotherapy is that they are weakly or even not immunogenic. This is due to their inability to form a high number of stable MHC /peptide complexes on the surface of antigen presenting cells. In the present work we describe an approach that allows the induction of a CTL response against low affinity HLA A2.1 restricted tumor peptides. It consisted in modifying the peptide sequence by introducing a Y in the first position known to have a favorable effect in the peptide/HLA A2.1 interaction. Twenty five peptides with variable HLA A2.1 stabilization capacity are included in this study and the evaluation of their capacity to induce a CTL response in a HLA A2.1 transgenic, Db-/-, mb2m-/- mouse showed a strict correlation between MHC binding affinity/MHC stabilization capacity and immunogenicity. Their P1Y variants exhibited a 1.5 to > 55 fold higher affinity and stabilized the HLA A2.1 for at least 2 hrs more than the corresponding native peptides. These effects were more pronounced for the low affinity native peptides. Moreover, P1Y modification did not alter the antigenic specificity of peptides since P1Y variants were always recognized by the native peptide specific CTL and, inversely P1Y specific CTL recognized native peptides. Finally, as expected, P1Y variants of low HLA A2.1 affinity tumor peptides efficiently triggered in vivo a native peptide specific CTL response.

H νουκλεολίνη είναι μια πρωτεΐνη μοριακού βάρους 110 kDa και απαντάται στον πυρήνα, το κυτταρόπλασμα αλλά και στην επιφάνεια των κυττάρων, ενώ υπερεκφράζεται σε καρκινικά κύτταρα και σε ενεργά ενδοθηλιακά κύτταρα. Πρόσφατες έρευνες υποδεικνύουν την συμμετοχή της στις διαδικασίες ανάπτυξης καρκινικών όγκων και στην αγγειογένεση. Στην επιφάνεια του κυττάρου δρα ως υποδοχέας χαμηλής συγγένειας αυξητικών παραγόντων, μορίων κυτταρικής προσκόλλησης (ιντεγκρίνες και σελεκτίνες) λιποπρωτεϊνών και ορισμένων ιών (HIV-1 και coxsackie B). Παρουσιάζει πλήθος λειτουργιών, αλληλεπιδρώντας τόσο με πρωτεΐνες, όσο και με νουκλεϊνικά οξέα. Το HB-19 και το Ν6L είναι συνθετικά πεπτίδια που προσδένονται στην νουκλεολίνη της κυτταρικής επιφάνειας και καταστέλλουν τόσο την ανάπτυξη καρκίνου όσο και την αγγειογένεση. Στη συγκεκριμένη εργασία μελετήσαμε την βιολογική δράση των πεπτιδίων αυτών και βρέθηκε ότι αναστέλλουν τον in vitro πολλαπλασιασμό και την in vitro προσκόλληση των κυττάρων HUVEC. Τα πεπτίδια αυτά παρουσιάζουν in vivo ογκοκατασταλτική δράση και βρέθηκε να αναστέλλουν την αγγειογένεση στο σύστημα της χοριοαλλαντοϊδικής μεμβράνης εμβρύου όρνιθας. Επίσης αναστέλλουν τη μετανάστευση των κυττάρων HUVEC στο in vitro σύστημα μελέτης της μετανάστευσης Boyden chamber. Το πεπτίδιο HB-19 αναστέλλει την έκφραση διαφόρων αγγειογενετικών αυξητικών παραγόντων όπως ο FGF, VEGF και των υποδοχέων τους σε επίπεδο mRNA. Το HB-19, όπως και το Ν6L επηρεάζουν την έκφραση της μεταλλοπρωτεϊνάσης MMP-2 τόσο σε επίπεδο πρωτεΐνης όσο και σε επίπεδο έκφρασης γονιδίου. Επιπλέον, κανένα από τα δύο πεπτίδια δεν προκαλεί απόπτωση in vitro στα κύτταρα HUVEC. Τα πεπτίδια HB-19 και Ν6L δεσμεύονται στη νουκλεολίνη της επιφάνειας του κυττάρου και φαίνεται ότι για την άσκηση των βιολογικών τους δράσεων διαμεσολαβούν οι κινάσες SRC, ERK1/2, AKT και FAK καθώς αναστέλλουν την ενεργοποίησή τους σε κύτταρα HUVEC. Τέλος, μείωση της έκφρασης της νουκλεολίνης με χρήση siRNA επιβεβαίωσε τον ρόλο της νουκλεολίνης στην βιολογική δράση των πεπτιδίων HB-19 και N6L. Συνοψίζοντας τα παραπάνω αποτελέσματα, φαίνεται ότι τόσο το HB-19 όσο και το Ν6L εμφανίζουν βιολογικές δράσεις που τα καθιστούν υποψήφια μόρια για αντινεοπλασματική χρήση. / Nucleolin is a 110 kDa protein, located in the nucleus and the cytoplasm while it is over expressed on the surface of tumor and endothelial cells. Recent studies have demonstrated the involvement of nucleolin in tumor growth and angiogenesis. Thus, this cell surface molecule serves as a receptor for various ligands implicated in pathophysiological processes such as growth factors, cell adhesion molecules (integrins and selectins), laminin-1, lipoproteins and viruses (HIV and coxsackie B). HB-19 and N6L are synthetic peptides that bind cell surface expressed nucleolin and inhibit both tumor growth and angiogenesis. In the present work, we investigated the biological actions of peptides HB-19 and N6L. Our results show that both peptides inhibit the in vivo angiogenesis on the chicken embryo CAM assay and inhibit the in vitro adhesion, proliferation, migration and motility of HUVEC cells. HB-19 peptide inhibits the expression of growth factors FGF and VEGF mRNA as well as the expression of their receptors FGFR1 and FLT-1 respectively. We also found that both enzyme activity and expression of MMP-2 was inhibited by HB-19 and N6L. Furthermore, we found that HB-19 and N6L treatment shows no toxicity in HUVEC cells in vitro. The above biological actions seem to be regulated by SRC, ERK1/2, AKT and FAK kinases as we found that HB-19, as well as N6L, inhibit their activation in HUVEC cells. Finally, down regulation of nucleolin using siRNA confirmed the implication of nucleolin in the biological actions of these peptides. Taken all the above results into account, it is indicated that HB-19 and N6L could constitute an interesting tool for tumor therapy strategy targeting nucleolin.

Η αγγειογένεση ρυθμίζει πολλές φυσιολογικές και παθολογικές διαδικασίες. Έτσι είναι μεγάλου ενδιαφέροντος να ανακαλυφθούν μηχανισμοί που συμμετέχουν. Στο πρώτο μέρος της μεταπτυχιακής εργασίας πραγματοποιήθηκε η σύνθεση των τριών πεπτιδίων, ανάλογα ΤR1-41). Στην συνέχεια μελετήθηκε ο βιολογικός ρόλος του ΤR1-41. Είναι γνωστό ότι η θρομβίνη, η πρωτεάση σερίνης, έχει κεντρικό ρόλο στην αιμόσταση, και έχει προταθεί για να διαδραματίσει έναν σημαντικό ρόλο στην έναρξη της αγγειογέννεσης μέσω της μεταγωγής σήματος από τους PARs υποδοχέων. Οι PARs αποτελούνται μια νέα οικογένεια πρωτεϊνικών υποδοχέων των επτά διαμεμβρανικών τμημάτων (seven transmembrane domain receptor family) που διασυνδέονται με G πρωτεΐνες. Mοριακές και δομικές μελέτες του υποδοχέα της θρομβίνης, PAR-1, έδειξαν ότι το εξωκυτταρικό αμινοτελικό άκρο του είναι μακρύ και αποτελείται από 75 αμινοξέα. Επιπλέον, στην αλληλουχία του αμινοτελικού άκρου εντοπίστηκε μία θέση θετική για πέψη από τη θρομβίνη στη θέση μεταξύ της Arg41 και Ser42. Πράγματι η σύνδεση της θρομβίνης με τον PAR-1 έχει ως συνέπεια την εκλεκτική υδρόλυση του πεπτιδικού δεσμού LDPR41- S42FLLRN. Το αποτέλεσμα από την υδρόλυση αυτή, είναι η δημιουργία ενός ελεύθερου πεπτιδίου 41 αμινοξέων( Thrombin Receptor Peptide 1-41, TR1-41), και ενός νέου αμινοτελικού άκρου για τον υποδοχέα. Σε αντίθεση με το νέο αμινοτελικό άκρο του υποδοχέα της θρομβίνης (PAR-1), ο ρόλος του πεπτιδίου των 41 αμινοξέων (TR1-41) που αποκόπτεται με τη πρωτεολυτική δράση της θρομβίνης μεταξύ των αμινοξέων Arg41-Ser42 είναι σχεδόν άγνωστος. Στην παρούσα μελέτη, αξιολογήσαμε την επίδραση αυτού του πεπτιδίου (MGPRRLLLVAACFSLCGPLLSARTRARRPESKATNATLDPR) στα καλλιεργημένα ανθρώπινα ενδοθηλιακά κύτταρα. Η έκθεση των ενδοθηλιακών κυττάρων στο πεπτίδιο οδήγησε σε μια δοσοεξαρτώμενη αναστολή του πολλαπλασιασμού των κυττάρων, καθώς επίσης και της δράσης των bFGF και VEGF. Επίσης υπήρχε η ένδειξη ότι το πεπτίδιο TR1-41 αναστέλλει σε συνθήκες ορού 5% FBS, τη δράση bFGF μέσω του μονοπατιού της MAP-κινάσης και μέσω του Erk1/2. Αντίθετα, καμία επίδραση δεν παρατηρήθηκε στα κύτταρα στα οποία χορηγήθηκε το scrambled peptide (πεπτίδιο 41 αμινοξέων με αναγραμματισμένη σειρά αμινοξέων) ή και μικρότερα πεπτίδια αυτού (TRARRPESKATNATLDPR). Επίσης το πεπτίδιο TR1-41 παρουσιάζει ανασταλτική δράση στον πολλαπλασιασμό των HUVECs και άλλων κυτταρικών σειρών. Τέλος, το πεπτίδιο TR1-41 εμπόδισε τον σχηματισμό αγγείων στο in vitro σύστημα της αγγειογέννεσης με υπόστρωμα Matrigel. Tο δεύτερο μέρος του μεταπτυχιακού μελετήθηκε ο βιολογικός ρόλος της ορμόνης μελατονίνης. Η μελατονίνη είναι το σημαντικότερο εκκριτικό προϊόν του κωνοειδούς αδένα και σε γενικές γραμμές εμφανίζει ογκοστατικές, αντιγηραντικές, αντιοξειδωτικές, νευροπροστατευτικές, υπνωτικές, ορεξιογόνες, αναλγητικές, θερμορυθμιστικές,και καρδιαγγειακές ιδιότητες, ενώ παρουσιάζει ανασταλτική δράση στη διαδικασία της αναπαραγωγής και μετατοπίζει τις φάσεις του «βιολογικού ρολογιού». Από τα πειράματά μας στα πρωτογενή ανθρώπινα ενδοθηλιακά κύτταρα (HUVECs) η επίδραση της μελατονίνης φαίνεται διφασική. Στις χαμηλές συγκεντρώσεις μελατονίνης αυξάνεται ο πολλαπλασιασμός των HUVECς. Στις υψηλές συγκεντρώσεις αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των HUVECς. / Angiogenesis regulates many physiological and pathological processes, so it is of great interest to find out which mechanisms that are involved. In the first part of the project we synthesised three peptides, analogs of ΤR1-41 and we studied the biological role of the ΤR1-41. It is known that thrombin, the serine proteinase, best known for its pivotal role in haemostasis, has been proposed to play an important role in the initiation of angiogenesis by a mechanism most likely independent of its coagulant activity and more dependent on signaling via the protease-activated receptors (PARs). PARs consists a novel family of G protein-coupled receptors, which can be activated by proteolytic cleavage of their N-terminal extracellular domain. PAR-1 is the first member of this family to be cloned in which proteolytic cleavage at the R41/S42 bond by thrombin releases a 41 aminoacid peptide and unveils a tethered peptide ligand with the recognition sequence SFLLRN. Despite the wealth of information relating to the role of thrombin and PAR-1 innormal and disease states, a potential biological role of cleaved peptide remains unknown. In the present study, we evaluated the effect of the 41-amino-acid cleaved peptide, (MGPRRLLLVAACFSLCGPLLSARTRARRPESKATNATLDPR) in cultured human endothelial cells. Exposure of endothelial cells to this peptide resulted in a concentration-dependent inhibition of serum-mediated proliferation, as well as of bFGF- and VEGF-induced cell growth. There was the suspicion that the peptide blocked the serum, bFGF-triggered Erk1/2 activation. In contrast, no effect was observed in cells treated with a scramble peptide or with a shorter derivative of parstatin (TRARRPESKATNATLDPR). Finally, ΤR1-41 peptide abrogated tube formation in vitro Matrigel angiogenesis model. These results provide a plausible evidence for a negative role of PAR-1 cleaved peptide in angiogenic cascade and suggest parstatin as target for developing anti-angiogenic agents with potential therapeutic application in cancer and other angiogenesis-related diseases. The second part of the project was the biological role of melatonin. Melatonin is the major secretory product of the pineal gland and is considered an important natural oncostatic agent. From our experiments in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) the effect of melatonin seems to be biphasic. In low concentrations melatonin increased HUVEC proliferation, but in higher concentrations significantly decreased cell proliferation.

Η συγκόλληση των αιμοπεταλίων προάγεται από το ινωδογόνο, μια εξωκυττάρια πρωτεΐνη, η οποία δεσμεύεται εκλεκτικά στον υποδοχέα GP IIb/IIIa. Το τριπεπτίδιο RGD (Arg-Gly-Asp) συνιστά τη μικρότερη αλληλουχία, η οποία είναι απαραίτητη για την αναγνώριση και πρόσδεση του ινωδογόνου στον υποδοχέα και απαντάται και σε άλλες συγκολλητικές πρωτεΐνες, οι οποίες είναι παρούσες στον εξωκυττάριο χώρο και στο αίμα, όπως η ινοσυνδετίνη, το κολλαγόνο, ο παράγοντας Von Willebrand, κτλ. Η αντιπηκτική θεραπεία έχει βασιστεί σε δύο διαφορετικές προσεγγίσεις του προβλήματος. Η μία προσέγγιση αφορά την εμπόδιση της πρωταρχικής διέγερσης των αιμοπεταλίων από διάφορους αγωνιστές, όπως θρομβίνη, επινεφρίνη, κολλαγόνο, κτλ. Η άλλη προσέγγιση περιλαμβάνει την διακοπή του μηχανισμού μεταγωγής σήματος, ο οποίος ακολουθεί την πρόσδεση του αγωνιστή στην επιφάνεια των αιμοπεταλίων. Η ασπιρίνη, παράγωγο του σαλικυλικού οξέος, αναστέλλει το πρώτο βήμα στη βιοσύνθεση της θρομβοξάνης Α2 από αραχιδονικό οξύ μέσω ακετυλίωσης του ενζύμου κυκλοοξυγενάση 1. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός και η σύνθεση γραμμικών και κυκλικών αναλόγων του τριπεπτιδίου RGD με ενσωματωμένο σαλικυλικό οξύ ή παράγωγά του. Τα διάφορα ανάλογα συντέθηκαν με κλασικές μεθόδους πεπτιδικής σύνθεσης σε υγρή και στερεά φάση. Τη σύνθεση των αναλόγων ακολούθησε καθαρισμός τους (HPLC) και προσδιορισμός της δομής τους με (ESI-MS). Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε in vitro με φωτομετρική μέθοδο στους 37C και συνεχή καταγραφή της διερχόμενης ακτινοβολίας με ειδικό όργανο (Dual Channel Aggregometer) η ανασταλτική τους δράση στη συγκολλητικότητα των αιμοπεταλίων του ανθρώπου. Προς περαιτέρω επιβεβαίωση των πειραμάτων συσσώρευσης και μελέτη της πρόσδεσης των αναλόγων στις ιντεγκρίνες χρησιμοποιήθηκε η κυτταρομετρία ροής με μονοκλωνικά αντισώματα έναντι των υποδοχέων Gp Ia, Gp IIb/IIIa, Gp IIIa και GMp 140. Αναλύοντας τα αποτελέσματα των βιολογικών μελετών, τόσο της αναστολής της συσσωμάτωσης των αιμοπεταλίων του ανθρώπου in vitro όσο και της κυτταρομετρίας ροής σε ενεργοποιημένα αιμοπετάλια για τα δραστικά πεπτίδια, οδηγούμαστε στα επόμενα συμπεράσματα: 1. Από τη σειρά των RGD γραμμικών αναλόγων που μελετήθηκαν, βρέθηκαν δραστικά μόνο στην περίπτωση που τα πεπτίδια έχουν στο C-τελικό τους άκρο αμίδιο. 2. Η σύζευξη του σαλικυλικού οξέος στο τριπεπτίδιο - αμίδιο RGD ενισχύει την αντισυγκολλητική του δράση έναντι των αιμοπεταλίων in vitro. Από αυτά τα ανάλογα 26 (IC50= 50μΜ), 27 (38μΜ) και 28 (53μΜ) (ενσωματωμένο σαλικυλικό οξύ στο τριπεπτίδιο) έχουν την ισχυρότερη δράση, ενώ μόνο το τριπεπτίδιο 23 έχει IC50= 540μΜ 3. Η προστασία του β-καρβοξυλίου του Asp με βενζυλομάδα αυξάνει τη δράση του πεπτιδίου σε σχέση με την ύπαρξη ελεύθερου β-καρβοξυλίου. Αυτό διαπιστώνεται από το γεγονός ότι όλα τα βιολογικώς δραστικά ανάλογα έχουν το β-καρβοξύλιο προστατευμένο με βενζυλομάδα και αυτό έρχεται σε συμφωνία με βιβλιογραφικά δεδομένα άλλων ερευνητών περί αναγκαιότητας ύπαρξης λιπόφιλης ομάδας στο C-τελικό άκρο του πεπτιδίου. 4. Αντίθετα, η ενσωμάτωση σαλικυλο-παραγώγων (βρώμο-, χλώρο-, νίτρο-, άμινο-, κτλ) στα ανάλογα δίνει πολύ μικρή αντισυγκολλητική δράση στα αιμοπετάλια του ανθρώπου in vitro σε σχέση με το σαλικυλικό οξύ. 5. Από τα συντεθέντα κυκλικά ανάλογα μόνο το ανάλογο 61, που φέρει δισουλφιδικό δεσμό μεταξύ της κυστεΐνης και του θειοσαλικυλικού οξέος, επέδειξε ισχυρή αντισυγκολλητική δράση έναντι των αιμοπεταλίων του ανθρώπου in vitro με τιμή IC50= 8μΜ, που είναι και η καλύτερη τιμή IC50 για όλα τα ανάλογα που συντέθηκαν (γραμμικά και κυκλικά). 6. Και στην περίπτωση των κυκλικών πεπτιδίων, τα ανάλογα με το προστατευμένο β-καρβοξύλιο εμφανίζουν ισχυρότερη ανασταλτική δράση έναντι εκείνων που φέρουν το β-καρβοξύλιο ελεύθερο. 7. Από όλα τα γραμμικά ανάλογα που περιέχουν παράγωγα του σαλικυλικού οξέος το ανάλογο 39 που περιέχει το 5-χλωρο σαλικυλικό οξύ εμφανίζει ισχυρή ανασταλτική δράση έναντι του υποδοχέα Gp Ib. 8. Τέλος, θα πρέπει να αναφερθεί ότι είναι η πρώτη φορά που συνθετικά πεπτιδικά ανάλογα του RGD εμφανίζουν ισχυρή πρόσδεση στον υποδοχέα Gp Ib, o οποίος ευθύνεται για την προσκόλληση των αιμοπεταλίων στο κυτταρικό τοίχωμα. / Integrins constitute a large family of heterodimeric cell-surface, transmembrane receptors, which play a major role in cell/cell and cell/matrix adhesive interactions. The Arg-Gly-Asp (RGD) sequence is known to be the integrin recognition site of many extracellular matrix proteins such as fibronectin, osteopontin, collagen, fibrinogen, von Willebrand factor, laminin, etc. On the other hand, it is well known that low doses of aspirin (acetyl salicylic acid) decrease platelet aggregation by causing an inhibitory effect on thromboxane A2 production by platelets. Several antiplatelet strategies have already been developed and are under preclinical or clinical investigation. In the present thesis, the synthesis of linear and cyclic RGD analogs incorporating salicylic acid derivatives is reported. The syntheses of the new analogs were carried out by using classic methods of peptide synthesis in liquid or solid phase. The synthesized compounds were purified by RP-HPLC and lyophilised to give fluffy solid, identified by ESI-MS spectra. These compounds were tested for inhibitory activity on human platelet aggregation in vitro, by adding common aggregation reagents to citrated platelet rich plasma (PRP). The aggregation was determined using a dual channel electronic aggregometer by recording the increase of light transmission. Their specificity for the Gp receptors was checked by using flow cytometry with monoclonal antibodies against Gp Ib, Gp IIb/IIIa, Gp IIIa and GMP140 receptors. Based on the results of the biological studies we could report the next inferences: 1. From the studied synthetic RGD analogs only peptides – amides are active against human platelet aggregation in vitro. 2. The coupling of salicylic acid with the RGD peptides enforces the antiplatelet activity in vitro of the single tripeptide. From the above peptides, the analog 26 (tripeptide incorporating salicylic acid) shows strong antiplatelet activity (IC50=50 μΜ), whereas the analog 23 (only tripeptide) has IC50= 540μΜ. 3. The protection of the β-carboxy group of Asp as benzylester increases the activity of the peptides in comparison with those having the β-carboxy group unprotected. Thus, our results ensure the theory of necessity of the existence a lipophile center on the C-terminal side of the peptide. 4. The incorporation of salicylic acid derivatives in the RGD peptide does not increase further the antiplatelet activity than the incorporation of salicylic acid does. 5. Among the cyclic RGD peptides only the analog 61, having the disulfide bridge between the cysteine and the thiosalicylic acid, shows strong antiplatelet activity in vitro (IC50= 8μΜ). 6. Most of the analogs show high binding affinity for the Gp Ib receptor. The cyclic analog 61 shows special selectivity for this receptor at concetrations of 110 μΜ. 7. The analog 39, although it shows low antiplatelet activity, has high binding affinity for the Gp Ib receptor. Probably, this activity is due to the atom of Cl at the 5 position of aromatic ring of salicylic acid. 8. According to the literature data, it is the first time that synthetic RGD peptides show strong binding affinity for the Gp Ib receptor, which is responsible for the platelet adhesion to the subenthothelium.

Η παρούσα διατριβή αναφέρεται στην ανάπτυξη νέων πεπτιδικών αναλόγων μπομπεσίνης (ΒΝ) με απώτερο στόχο την ενδεχόμενη κλινική εφαρμογή τους στο πεδίο της διαγνωστικής ογκολογίας με SPECT (Υπολογιστική Τομογραφία Εκπομπής ενός Φωτονίου, Single-photon emission computed tomography) και PET (Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων, Positron emission tomography). Η ΒΝ αποτελεί έναν εξειδικευμένο πεπτίδιο-προσδέτη για τους υποδοχείς του πεπτιδίου απελευθέρωσης της γαστρίνης (gastrin-releasing peptide receptors, GRPrs), οι οποίοι υπερεκφράζονται στην επιφάνεια διαφόρων τύπων καρκινικών κυττάρων. Οι υποδοχείς GRP δυνητικά θα μπορούσαν να θεωρηθούν ιδανικός στόχος για την απεικόνιση νευροενδοκρινικών όγκων μετά από χορήγηση ραδιοεπισημασμένων παραγώγων ΒΝ, με τεχνικές μοριακής διαγνωστικής, αλλά και για την στοχευμένη θεραπευτική αντιμετώπιση του καρκίνου. Με αυτό τον στόχο σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν πεπτιδικά ανάλογα ΒΝ για τα οποία πραγματοποιήθηκε μία σειρά προκλινικών μελετών με σκοπό τη διαμόρφωση και την εφαρμογή ενός πλαισίου διάκρισης των κατάλληλων ραδιοχημικών και ραδιοφαρμακολογικών χαρακτηριστικών τα οποία θα μπορούσαν να οδηγήσουν ένα από αυτά τα υποψήφια διαγνωστικά σκευάσματα του σε κλινικές μελέτες ανίχνευσης του καρκίνου. Μέθοδος: Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν πεπτιδικά ανάλογα BN, κατάλληλα για επισήμανση με ραδιονουκλίδια, με την παρακάτω γενική δομή: Υ-Χ-ΒΝ(2-14) όπου Υ = ο χηλικός παράγοντας για τη σύμπλεξη του ραδιομετάλλου, Χ = η συνδετική ομάδα και ΒΝ(2-14) το φαρμακοφόρο τμήμα. (a) Προκειμένου να απεικονισθούν όγκοι με SPECT όπου: Υ = [GlyGlyCys-] για τη σύμπλεξη με το 99mTc και το 185/187Re (μη ραδιενεργό), Χ = -(αργινίνη)3-, (BN-A), ή -(ορνιθίνη)3-, (BN-O). (b) Ενώ για τη μοριακή απεικόνιση όγκων με την τεχνική PET, όπου Υ = [c-carboxylic acid-cyclam] για σύμπλεξη με 64Cu, και Χ = -(ορνιθίνη)3-, (BN-C). Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε το τμήμα της φυσικής αλληλουχίας του πεπτιδίου μπομπεσίνη, από το 2o εως το 14ο αμινοξύ, σε συνδυασμό με αμινοξική, θετικά φορτισμένη, συνδετική ομάδα (spacer). Τα παραπάνω παράγωγα και τα αντίστοιχα σύμπλοκα τους με τα μέταλλα αρχικά αξιολογήθηκαν χημικά και ραδιοχημικά με διάφορες αναλυτικές μεθόδους. Ακολούθησε η ραδιοφαρμακολογική αξιολόγηση τους με τις παρακάτω in vitro δοκιμασίες: (a) μελέτη σταθερότητας σε δείγματα αίματος, (b) προσδιορισμός της συγγένειας τους με τον GRPr (υπολογισμός τιμών IC50) και (c) του ρυθμού εσωτερικοποίησης/εξωτερικοποίησης σε κύτταρα PC-3 (ανθρώπινου καρκίνου προστάτη). Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν μελέτες in vivo (βιοκατανομή, απεικόνιση με γ-κάμερα), σε φυσιολογικά ζωικά πειραματικά πρότυπα (ποντίκια, αρουραίους και κουνέλια) και σε πειραματικά πρότυπα καρκίνου (ποντίκια SCID, με όγκους από κύτταρα PC-3). Επιπλέον με βάση τα in vivo αποτελέσματα διεξάχθηκε η φαρμακοκινητική αξιολόγηση τους και ο συσχετισμός μεταξύ δομικών και φαρμακοκινητικών χαρακτηριστικών. Τέλος επιχειρήθηκε η αλλομετρική κλιμάκωση των φαρμακοκινητικών αποτελεσμάτων από τα διάφορα είδη πειραματοζώων στον άνθρωπο. Αποτελέσματα: Για τα παράγωγα τα οποία συντέθηκαν για σύμπλεξη με 99mTc προκειμένου να απεικονισθούν όγκοι με SPECT, παρατηρήθηκαν τα εξής: Τα BN-A και BN-O συμπλέχθηκαν αποτελεσματικά με το 99mTc (απόδοση > 98%), αλλά και το χημικά όμοιο του ρήνιο (μη ραδιενεργό). Κατά τις μελέτες σταθερότητας το παράγωγο 99mTc-BN-O αποδείχθηκε σταθερότερο του 99mTc-BN-Α, (π.χ. πλάσμα του ποντικού σε 5 min επώασης το % άθικτο πεπτίδιο ήταν 44.28 και 42.48, ενώ στο ανθρώπινο πλάσμα σε 1 ώρα επώασης ήταν 63.05 και 60.2 αντίστοιχα). Η συγγένεια πρόσδεσης στον GRPr των παραπάνω παραγώγων, αλλά και των συμπλόκων τους με το μη ραδιενεργό Re, τα οποία προσομοιάζουν τα αντίστοιχα ραδιενεργά σύμπλοκα τους με το 99mTc (IC50, BN-Α, 0.5 ± 0.09, 185/187Re-BN-A, 1.58 ± 0.16, BN-Ο, 0.46 ± 0.04, 185/187Re-BN-Ο, 0.77 ± 0.07 nM), ήταν κοντά στο πρότυπο [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Το συνολικό ποσοστό εσωτερικοποίησης των παραπάνω συμπλόκων 99mTc-BN-Α και 99mTc-BN-Ο στα κύτταρα PC-3 ήταν παρόμοιο (~25%), αλλά ο ρυθμός εσωτερικοποίησης τους διέφερε, καθώς χρειάστηκαν 120 min και 60 min για φτάσουν τη μέγιστη τιμή εσωτερικοποίησης αντίστοιχα. Ο ρυθμός εξωτερίκευσης ήταν ο ίδιος. Μετά από 90 min επώασης το ~ 70% της αρχικής ποσότητας πεπτιδίου παραμένει εγκλωβισμένο στα κύτταρα. Από τις μελέτες βιοκατανομής και φαρμακοκινητικής του 99mTc-BN–A και του 99mTc-BN–Ο σε φυσιολογικά ποντίκια φάνηκε ότι και τα δύο ραδιοπεπτίδια απομακρύνονται γρήγορα από το αίμα, καθώς μικρό ποσοστό της χορηγούμενης δόσης (ID)/g (2.61 και 2.76 % αντίστοιχα) παραμένει 30 min μετά τη χορήγηση (p.i.). Η βασική οδός απομάκρυνσης τους από τον οργανισμό ήταν το ουροποιητικό σύστημα καθώς μεγάλο ποσοστό των ραδιοπεπτιδίων εντοπίστηκε στα ούρα 1 h p.i. (64.16 και 56.33 % ID αντίστοιχα). Το γεγονός αυτό συσχετίσθηκε με την παρουσία της θετικά φορτισμένης συνδετικής ομάδας. Η νεφρική απέκκριση επιδιώκεται έναντι της ηπατοχολικής, γιατί με αυτόν τον τρόπο μειώνεται η συσσώρευση της ραδιενέργειας στην άνω κοιλιακή χώρα και διευκολύνεται η εντόπιση όγκων στην περιοχή αυτή. Το 99mTc-BN–A απομακρύνεται ταχύτερα από το αίμα από τα νεφρά και γενικότερα από τον οργανισμό από ότι το 99mTc-BN–Ο, αλλά εμφανίζει μεγαλύτερη συσσώρευση στο ήπαρ (4.43 ± 1.04 και 0.99 ± 0.20 %ID/g, 60 min p.i. αντίστοιχα). Από τις μελέτες βιοκατανομής και απεικόνισης με γ-κάμερα σε ποντίκια SCID με όγκους PC-3 το παράγωγο 99mTc-BN–A εντόπισε αποτελεσματικά τον όγκο. Μετά από πειράματα συγχορήγησης φυσικής ΒΝ παρατηρήθηκε μείωση του ραδιοεπισημασμένου παραγώγου στον όγκο και στο πάγκρεας, τα σημεία στα οποία εντοπίζονται υποδοχείς GRPrs, επιβεβαιώνοντας έτσι την ειδική δέσμευση του ραδιοεπισημασμένου παραγώγου σε αυτούς. Συγκρίνοντας τα παραπάνω αποτελέσματα με το 99mTc-BN–Ο διαπιστώθηκαν καλύτεροι λόγοι διάκρισης από το 99mTc-BN–A στους διάφορους χρόνους μελέτης (π.χ. 60 min p.i. ήταν όγκος/αίμα, 6.67 έναντι 3.62, όγκος/μύες, 14.0 έναντι 5.60, όγκος/ήπαρ, 2.9 έναντι 0.82, αντίστοιχα). Εξαιτίας όλων των παραπάνω αποτελεσμάτων το παράγωγο 99mTc-BN-Ο επιλέχθηκε για περαιτέρω μελέτη. Για το 99mTc-BN-Ο πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω in vitro μελέτες σταθερότητας σε πλάσμα αίματος αρουραίων και κουνελιών και in vivo μελέτες βιοκατανομής (απεικόνισης σε γ-καμερα). Παράλληλα πραγματοποιήθηκε και η φαρμακοκινητική ανάλυση των δεδομένων. Επιπλέον επιχειρήθηκε να αντιμετωπισθεί το πρόβλημα της νεφρικής συσσώρευσης του 99mTc-BN-Ο στα νεφρά με τη συγχορήγηση Gelofusine (Gelo). Από τη συγχορήγηση Gelo στα φυσιολογικά (ποντίκια, αρουραίοι) και καρκινικά πειραματικά πρότυπα (ποντίκια SCID με όγκους PC-3) παρατηρήθηκαν ταχύτερη κάθαρση του αίματος και αποβολής από τα νεφρά. Τέλος πραγματοποιήθηκε πρωτότυπη μελέτη αλλομετρικής κλιμάκωση των φαρμακοκινητικών αποτελεσμάτων του 99mTc-BN-Ο με στόχο την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του καθώς της συμπεριφοράς παρόμοιων μορίων στον άνθρωπο κατά τη διεξαγωγή κλινικών μελετών. Εξαιτίας των παραπάνω θετικών αποτελεσμάτων αναφορικά με το τμήμα Η2Ν-(ορνιθίνη)3-ΒΝ(2-14) και προκειμένου να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση της ικανότητα σύμπλεξής του με ιόντα χαλκού (π.χ. 64Cu για διάγνωση με PET) συνδέθηκε ομοιοπολικά με αυτό ένας νέος χηλικός παράγοντα το c-carboxylic acid cyclam. Από την ομοιοπολική σύζευξη των παραπάνω προέκυψε ένας νέο ανάλογο ΒΝ, το ΒΝ-C. Με τη χρήση διαφόρων αναλυτικών τεχνικών (IR, UV-Vis, ESI-MS, ESR, κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ) διαπιστώθηκε ότι τόσο ο c-carboxylic acid cyclam όσο και ΒΝ-C, ο τελικός πεπτιδικός προσδέτης, έχουν την ικανότητα σύμπλεξης με CuII. Το πεπτιδικό παράγωγο BN-C και το σύμπλοκο του με το χαλκό, Cu-BN-C. δοκιμάσθηκαν ως προς τη συγγένεια δέσμευσης τους με τον GRPr σε κυτταρικές καλλιέργειες PC-3 όπου και παρουσίαζαν συγγένεια (IC50 = 0.3 ± 0.03 και 0.33 ± 0.03 nM, αντίστοιχα) παρόμοια με το πρότυπο πεπτίδιο προσδέτη [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Συμπέρασμα: Οι παραπάνω μελέτες οριοθετούν ένα γενικότερο πλαίσιο προκλινικού προσδιορισμού εκείνων των ραδιοχημικών και ραδιοφαρμακολογικών in vitro και in vivo ιδιοτήτων, οι οποίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν ένα παράγωγο ΒΝ σε περαιτέρω κλινικές μελέτες. Με βάση τα παραπάνω επιλέχθηκε και αναπτύχθηκε ένα πεπτιδικό ανάλογο ΒΝ, το οποίο σε κάθε περίπτωση αποδείχθηκε ότι διαθέτει τον κατάλληλο συνδυασμό των παραπάνω χαρακτηριστικών για περαιτέρω ανάπτυξη ως ραδιοδιαγνωστικό σκεύασμα για SPECT (BN-O) και PET (ΒΝ-C) σε κλινικό επίπεδο. Επιπλέον η φαρμακοκινητική ανάλυση και η αλλομετρική κλιμάκωση των παραπάνω αποτελεσμάτων συνεισφέρουν σημαντικά στην αύξηση της πιθανότητας μελλοντικής κλινικής εφαρμογής των παραπάνω παραγώγων στον άνθρωπο. / The present Thesis refers to the development of new peptidic bombesin (BN) analogs for application in the field of tumor diagnosis with the SPECT (Single-photon emission computed tomography) and PET (Positron emission tomography) techniques. The BN peptide is a specific ligand for the gastrin-releasing peptide receptors (GRPrs), which are over-expressed on the surface of various types of tumor cells. GRPrs can be considered as an ideal target for radiolabeled BN analogues in the molecular diagnosis of neuro-endocrine tumors as well as in the targeted treatment of cancer. Taking the above into consideration, three BN analogues were designed and synthesized as potential molecular diagnostics of tumors. Thus, a series of preclinical studies were conducted in order to find out the best candidate for further development in clinical studies. Methods: All the BN analogues of the present study can be described by the following general structure: Υ-Χ-ΒΝ(2-14) Where Y = the chelator group for the radionuclide, X = a spacer group and BN(2-14) = the pharmacophore group. (a) For the diagnosis of tumors with SPECT: Υ = [GlyGlyCys-], suitable for the complexation of 99mTc and 185/187Re and X= -(arginine)3-, (BN-A), or -(ornithine)3-, (BN-O). (b) Further on, for tumor diagnosis with PET: Υ = [c-carboxylic acid-cyclam] suitable for the complexation of 64Cu, και Χ = -(ornithine)3-, (BN-C). For all the above cases the part from the 2nd to the 14th amino acid of the naturally occurring BN was used, in combination with a spacer group composed of three positively charged amino acids. The amino acids were either naturally occurring (arginine) or not (ornithine). The above BN analogues as well as their metal complexes were chemically and radiochemically analyzed and evaluated in vitro. The in vitro evaluation of the BN derivatives included assays for the determination of (a) their stability in blood samples, (b) their affinity for the GRPrs (by the calculation of their IC50 values), (c) as well as of their internalization and externalization rates in PC-3 cell (human prostate cancer cell line) cultures. Additionally a series of in vivo assays were conducted including: biodistibution studies in normal (mice, rats, rabbits) and in experimental cancer animal models (SCID mice with PC3 tumors). For the later in addition to the biodistribution tumor imaging studies were carried out using an experimental small animal gamma camera. Based on the results of the in vivo studies, a series of pharmacokinetic analyses were performed and the results were correlated with the structural characteristics of the BN analogues. Finally, the results from the pharmacokinetic analyses of the three different animal species, (mouse, rat, rabbit) were combined and scaled up for a human of 70 Kg, by using the allometric approach. Results: The BN analogues BN-A and BN-O, which were designed for application in tumor imaging with SPECT, were able to form stable complexes with 99mTc (in high yield > 98%), as well as with Re (non radioactive). The two elements 99mTc and Re belong to the same group of the Periodic Table of elements and thus they are considered to have similar chemical properties. During the in vitro stability assays 99mTc-BN-O prove to be more stable than the 99mTc-BN-Α i.e. the % percentages of intact peptide for mouse plasma (after 5 min incubation) were 44.28 and 42.48 %, while for human plasma the percentages of intact peptide (after 1h of incubation) were 63.05 and 60.2 respectively. The affinities (IC50 values) of BN-Α (0.5 ± 0.09 nM), and BN-Ο (0.46 ± 0.04 nM), as well as of their non radioactive complexes with Rhenium 185/187Re-BN-A, 1(.58 ± 0.16 nM) and 185/187Re-BN-Ο (0.77 ± 0.07 nM) were similar to the one of the control peptide [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Although the total amount of internalized radiolabeled peptide was the same for both 99mTc-BN-Α and 99mTc-BN-O (~25%), their rates of internalization differed. The ornithine-spacer analogue, 99mTc-BN-O, internalized a lot faster (60 min for maximum internalization plateau) than the arginine-spacer analogue, 99mTc-BN-Α (120 min for maximum internalization plateau). The externalization rates for both analogues were the same, with ~ 70% of the initially internalized radiolabeled peptide remaining inside the cells even after 90 min of incubation. From the biodistribution and pharmacokinetic studies of 99mTc-BN–A and 99mTc-BN–Ο a fast blood clearance was observed for both peptides, with small amounts of the initial dose remaining in the blood stream 30 min p.i. (2.61 and 2.76 % ID/g, respectively). The main clearance route throughout the body in both cases was the urinary system and high percentages of the radiolabeled peptides were detected in the urine 1 h p.i (64.16 and 56.33 % ID respectively). The latter was related to the presence of the positively charged spacer group. A clearance through the urinary system is preferred instead of the hepatobiliary system since in that way the decrease of the upper abdominal region background radiation is achieved. Although the arginine-spacer analogue 99mTc-BN–A was cleared from the kidneys and the body with higher rates than 99mTc-BN–Ο, it showed a higher liver accumulation than the latter (4.43 ± 1.04 and 0.99 ± 0.20 %ID/g, 60 min p.i. respectively). Both in the biodistribution and in the gamma-camera tumor-imaging studies the BN analogue 99mTc-BN–A was able to efficiently locate the tumour. During the GRPrs blocking studies the amount of 99mTc-BN–A was reduced both in the tumour and in the pancreas, where the GRPrs are located, proving thus the specific binding of 99mTc-BN–A to those receptors. Comparing the tumor/normal tissue contrast ratios between 99mTc-BN–Ο and 99mTc-BN–A the ornithine spacer analogue proved a better choice since it presented greater values (i.e. 60 min p.i. tumor/blood, 6.67 vs 3.62, tumor/muscle, 14.0 vs 5.60, tumor/liver, 2.9 vs 0.82, respectively). According to all the above results 99mTc-BN-Ο was selected between the two SPECT tumor imaging agent candidates for further studies. For 99mTc-BN-Ο additional in vitro stability assays were conducted in rats and rabbits plasma, which were followed by in vivo biodistribution studies in normal rats and imaging studies in normal rabbits. The in vivo data were analyzed with the appropriate pharmacokinetic approaches. In an effort to achieve a faster clearance of 99mTc-BN-Ο from the kidneys a new approach was tested by its co-injection with Gelofusine (Gelo). During the Gelo co-injection studies in normal mice, in rats as well as in SCID mice with PC-3 tumors a faster renal clearance was observed. Finally by combining the in vivo results of 99mTc-BN-Ο from the three different animal species (mice, rats, rabbits) the allometric scale up of the pharmacokinetic parameters was achieved and the prediction of those parameters for a man of 70 kg. The results of latter study could probably be extended to predict the pharmacokinetic profile of other similar molecules in the preclinical stage of development. Due to promising results of obtained from the BN analogue with the ornithine spacer, Η2Ν-(ornithine)3-ΒΝ(2-14), and in order to improve its ability to form complexes with copper radionuclides i.e. 64Cu, which are suitable for PET imaging, a new chelator group was introduced into the peptide sequence. The chelator group c-carboxylic acid cyclam was covalently attached to the peptide chain Η2Ν-(ornithine)3-ΒΝ(2-14) to give a new bombesin analogue ΒΝ-C. The chelator group and the new BN analogue were able to form complexes with cold copper fast and under mild conditions. The copper complexes of the above molecules were analyzed with a variety of techniques like IR, UV-Vis, ESI-MS, ESR, X ray crystallography. Additionally both the BN analogue BN-C and its complex with copper Cu-BN-C were tested for their affinity for GRPrs in PC-3 cell lines, where it was found that their IC50 values of both were similar (IC50 = 0.3 ± 0.03 και 0.33 ± 0.03 nM, respectively) to the control peptide [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Conclusion: The above studies can be considered the essential parts of a discrimination process of the ideal radiochemical and radiopharmacological characteristics, which could lead a BN analogue to clinical trials. According to the results of the above preclinical studies a suitable BN analogue was selected for further clinical development as a tumor imaging agent with SPECT (BN-O) as well as PET (ΒΝ-C). Additionally the pharmacokinetic analysis in three different animal species and allometric scale up of those parameters for the human will enhance the probability of its further application in clinical trials.

Η HARP (Heparin Affin Regulatory Peptide) είναι ένας αυξητικός παράγοντας που δεσμεύεται στην ηπαρίνη και εμπλέκεται στη ρύθμιση της κυτταρικής διαφοροποίησης, του κυτταρικού πολλαπλασιασμού καθώς και της αγγειογένεσης. Υψηλές συγκεντρώσεις του αυξητικού παράγοντα HARP έχουν βρεθεί σε ανθρώπινους καρκινικούς όγκους, σε καρκινικές κυτταρικές σειρές, όπως επίσης και σε ορό ασθενών με διάφορους τύπους καρκίνου. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι η HARP αποτελεί υπόστρωμα για διάφορα πρωτεολυτικά ένζυμα του κυτταρικού μικροπεριβάλλοντος, με αποτέλεσμα την παραγωγή ενεργών πεπτιδίων που μπορούν να έχουν παρόμοιες ή και αντίθετες δράσεις από το ολικό μόριο. Η HARP ασκεί τις βιολογικές τις δράσεις ύστερα από πρόσδεση στους διαμεμβρανικούς υποδοχείς SDC3, RPTPβ/ζ και ALK. Παρά την ταυτοποίηση του υποδοχέα ALK ως λειτουργικού υποδοχέα της HARP, μέχρι σήμερα υπάρχουν αντικρουόμενες απόψεις αναφορικά με την αλληλεπίδρασή του με τη HARP. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η αλληλεπίδραση του αυξητικού παράγοντα HARP και του υποδοχέα ALK σε καρκινικά κύτταρα PC3 ανθρώπινου προστάτη. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η HARP επάγει τη φωσφορυλίωση του ALK σε κύτταρα PC3, ωστόσο δεν είχε καμία επίδραση στην ενεργοποίηση του συγκεκριμένου υποδοχέα σε κύτταρα PC3 στα οποία είχε μειωθεί η συσσώρευση του RPTPβ/ζ. Παράλληλα χρησιμοποιήθηκαν ανασυνδυασμένα πεπτίδια που είχαν εκφραστεί ως πρωτεΐνες σύντηξης με τη θειοτρανσφεράση της γλουταθειόνης (GST) και αντιστοιχούσαν σε περιοχές του αυξητικού παράγοντα HARP [P(9-110), P(9-59), P(60-110)] που προκύπτουν ύστερα από πέψη με πλασμίνη. Ύστερα από πειράματα συγκατακρήμνισης βρέθηκε ότι ο ALK αλληλεπιδρά ισχυρά με το πεπτίδιο P(60-110) αποτέλεσμα το οποίο προέκυψε και ύστερα από μεωρύθμιση των επιπέδων έκφρασης του RPTPβ/ζ. Συμπερασματικά, στην παρούσα εργασία καταδεικνύεται η έμμεση αλληλεπίδραση του υποδοχέα ALK και του αυξητικού παράγοντα HARP, η οποία βρέθηκε ότι διαμεσολαβείται από τον υποδοχέα RPTPβ/ζ. Αποδεικνύεται επίσης ότι παρόλο που η αλληλεπίδραση των δύο αυτών μορίων δεν είναι ικανή να οδηγήσει στη φωσφορυλίωση του υποδοχέα ALK, τα δύο αυτά μόρια αλληλεπιδρούν βιοχημικά καθώς η αλληλουχία 60-110 των αμινοξέων της HARP αλληλεπιδρά ισχυρά και με τις δύο μορφές του υποδοχέα, με μοριακό βάρος 220 και 140 kDa αντίστοιχα. / HARP (Heparin Affin Regulatory Peptide) is a heparin-binding growth factor, involved in the regulation of cell differentiation, cell proliferation as well as in angiogenesis. Elevated concentrations of HARP have been detected in malignancies, in cancer cell lines, as well as in the plasma of patients with different types of cancer. It is also known that HARP is substrate for different proteases of the cell microenvironment, leading to the production of biological active peptides which can exert similar or even opposite biological activities to HARP. HARP exerts its biological actions after binding to the transmembrane receptors SDC3, RPTPβ/ζ and ALK. Even though ALK has been defined as a functional HARP receptor, contradictory results have been published concerning HARP-ALK interaction. In the present work, we studied the interaction of HARP growth factor with ALK transmembrane receptor using PC3 prostate cancer cells. It was shown that HARP induces the phosphorylation of ALK in PC3 cells, however no effect on ALK activation was observed in PC3 cells after RPTPβ/ζ knockdown. We also used recombinant gst-fused peptides corresponding to various fragments of HARP [P(9-110), P(9-59), P(60-110)] which result after cleavage with plasmin. After GST pull-down assays it was shown that ALK strongly binds to the P(60-110), result that was also taken after RPTPβ/ζ knockdown. Cumulatively, our results indicate that HARP-induced ALK phosphorylation is mediated by RPTPβ/ζ. It is also demonstrated that HARP interacts biochemically with ALK, since P(60-110) strongly binded both species of ALK (220 and 140 kDa).

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη της απεικόνισης και ποσοτικοποίησής της με χρήση τεχνικών μοριακής απεικόνισης. Ένα νέο κυκλικό πεπτιδικό παράγωγο RGDfK (Arg-Gly-Asp-D‐Phe–Lys), το cRGDfK-Orn3-CGG, αξιολογήθηκε ως νέο μοριακό μέσο στόχευσης του καρκίνου μέσω της ειδικής στόχευσης των υποδοχέων ιντεγκρίνης ανβ3 που υπερεκφράζονται κατά την αγγειογένεση. Το νέο πεπτιδικό παράγωγο φέρει τον περιφερειακό υποκαταστάτη CGG (Cys-Gly-Gly), κατάλληλο για την επισήμανση με σύμπλοκα του πεντασθενούς 99mTc(V) καθώς και για την σύζευξη με νανοσωματίδια. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν σιδηρομαγνητικά νανοσωματίδια (10±2 nm) συζευγμένα με το νέο παράγωγο RGD, κατάλληλα τόσο για SPECT/MRI απεικόνιση όσο και για υπερθερμία. Ειδικότερα, αξιολογήθηκαν ως νέα μοριακά μέσα απεικόνισης: 99mΤc-RGD (cRGDfK-Orn3-CGG), 99mΤc-NPs και 99mΤc-NPs-RGD, αναφορικά με τα ραδιοχημικά, ραδιοβιολιγικά και in vivo απεικονιστικά χαρακτηριστικά τους. Τα επισημασμένα παράγωγα λήφθηκαν σε υψηλές αποδόσεις και παρουσίασαν ικανοποιητική σταθερότητα in vitro: α) με την πάροδο του χρόνου, β) σε παρουσία περίσσειας ανταγωνιστών για το 99mTc, γ) σε παρουσία ανθρωπίνου πλάσματος ή ορού. Η μελέτη της in vivo συμπεριφοράς, αλλά και η βιοκατανομή των νέων παραγώγων πραγματοποιήθηκε σε φυσιολογικούς μύες και σε παθολογικά πρότυπα καρκίνου τύπου γλοιοβλαστώματος U87MG. Η αξιολόγηση της χωροχρονικής κατανομής της αγγειογένεσης κατέδειξε μέγιστη στόχευση στις ιντεγκρίνες ανβ3 σε ποσοστό 11,60±3,05 % ID/g για το παράγωγο 99mTc-RGD και 9,01±0,19 ID/g για τα στοχευμένα νανοσωματίδια 99mTc-NPs-RGD. Το 99mTc-RGD σχεδιάστηκε κατάλληλα ώστε να αποβάλλεται από τον οργανισμό μέσω του ουροποιητικού συστήματος, με την προσθήκη του υδρόφιλου μορίου ορνιθίνης (Orn3) στη δομή του. Ενώ, τα 99mTc-NPs αποβάλλονται κυρίως μέσω του ηπατοχολικού συστήματος, τα στοχευμένα 99mTc-NPs-RGD παρουσιάζουν χαμηλότερη πρόσληψη στο ήπαρ και υψηλότερη πρόσληψη στους νεφρούς, η οποία μπορεί να αποδοθεί στην πρόσδεση του RGD παραγώγου στην επιφάνεια των NPs. Ικανοποιητικές απεικονίσεις των όγκων ελήφθησαν και με τα επισημασμένα παράγωγα 99mTc-RGD και 99mΤc-NPs. Τέλος, η in vivo αξιολόγηση της θερμικής απόκρισης των NPs ανέδειξε ικανοποιητικά αποτελέσματα, με αντικαρκινική δράση σε πειραματόζωο που φέρει U87MG όγκο. Τα παραπάνω αρχικά αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα στοχευμένα νανοσωματίδια είναι πολλά υποσχόμενα στο πεδίο της μοριακής απεικόνισης για τον ποσοτικό προσδιορισμό της χωροχρονικής κατανομής της αγγειογένεσης με στόχο τη διάγνωση αλλά και τη θεραπευτική προσέγγιση. / The aim of the present project is the in vivo evaluation of quantitative monitoring of angiogenesis making use of the molecular imaging methodology. A new cyclic RGDfK (Arg-Gly-Asp-D‐Phe–Lys) derivative, namely the cRGDfK-Orn3-CGG, was evaluated as eventually promising in early tumor detection through specifically targeting integrin ανβ3 receptors, overexpressed in angiogenesis. This new peptide, availing the 99mTc-chelating moiety CGG (Cys-Gly-Gly), is appropriately designed for 99mTc-labeling, as well as consequent conjugation onto nanoparticles. Specifically, RGD-conjugated iron oxide nanoparticles (10±2 nm) have been developed appropriately for SPECT/MRI imaging and hyperthermia treatment. Particularly, they were evaluated as tumor imaging agents: 99mΤc-RGD (cRGDfK-Orn3-CGG), 99mΤc-NPs and 99mΤc-NPs-RGD. The new derivatives were examined with regard to their radiochemical, radiobiological and imaging characteristics. It has been demonstrated that they were obtained in high radiochemical yield and presented high in vitro stability being examined: a) at different time-points, b) in the presence of an excess of antagonist moites for 99mTc, c) in human plasma or serum. The in vivo study and the biodistribution evaluation of radiolabeled products were assessed in normal mice and in pathological models (scid mice) bearing experimental U87MG glioblastoma tumors. Τhe quantitative evaluation of angiogenesis spatial distribution confirmed high specific binding of the 99mTc-RGD peptides to ανβ3 integrins, with significantly high tumor uptake 11.60±3.06 % ID/g, while targeting with 99mTc-NPs-RGD demonstrates high tumor uptake 9.01±0.19 ID/g. The 99mTc-RGD was appropriately designed to have urine excretion due to the ornithine (Orn3) linker, while the 99mTc-NPs exhibits hepatobiliary excretion, compared to 99mTc-NPs-RGD, which exhibit lower values of liver uptake with a significantly higher kidney uptake, which can be attributed to the attachment of the RGD derivative on the surface of NPs. Satisfactory tumor images were obtained with the radiolabeled derivatives 99mTc-RGD and 99mΤc-NPs. Finally, the in vivo heating efficiency experiment showed that hyperthermia induction with the aid of iron oxide NPs was feasible, resulting to anti-tumor effect in a U87MG tumor-bearing mouse. The above preliminary results indicate that targeted iron oxide NPs are promising candidates for the quantitative monitoring of angiogenesis for molecular imaging and potential cancer therapy.

Το μετατρεπτικό ένζυμο της αγγειοτενσίνης (ACE) είναι μία διπεπτιδυλκαρβοξυπεπτιδάση ψευδαργύρου που ανήκει στην οικογένεια των gluzincin πεπτιδασών της οποίας η θερμολυσίνη θεωρείται ως πρωτότυπο μέλος. Το ένζυμο πήρε το όνομά του από τη δυνατότητά του να μετατρέπει το βιολο- γικώς ανενεργό δεκαπεπτίδιο αγγειοτενσίνη-Ι στο οκταπεπτίδιο αγγειοτεν- σίνη-ΙΙ, το οποίο εμφανίζει ισχυρή αγγειοσυσπαστική δράση. Μία άλλη βασική δυνατότητα του ACE είναι η αδρανοποιήση του εννεαπεπτιδίου βραδυκινίνη που έχει αγγειοδιασταλτική δράση. Αυτές οι δύο σημαντικές ιδιότητες του ACE το καθιστούν ένα από τα σημαντικότερα συστατικά του συστήματος ρενίνης-αγγειοτενσίνης-αλδοστερόνης. Υπάρχουν δύο ισομορφές του ACE που μεταγράφονται από το ίδιο γονίδιο κατά τρόπο ιστοειδικό. Η σωματική ισομορφή του ACE, η οποία εμφανίζεται στην επιφάνεια των ενδοθηλιακών κυττάρων, είναι μία γλυκοπρωτεΐνη η οποία αποτελείται από μία ενιαία, πολυπεπτιδική αλυσίδα 1306 αμινοξέων. Η σπερματική ισομορφή που εμφανίζεται στους όρχεις και στα κύτταρα σπέρματος είναι μία χαμηλότερης-μοριακής μάζας γλυκοπρωτεΐνη 732 αμινοξέων. Η σωματική ισομορφή αποτελείται από δύο ομόλογες περιοχές (περιοχή Ν και C). Κάθε περιοχή περιέχει ένα ενεργό κέντρο με ένα συντηρημένο δεσμευτικό μοτίβο ψευδαργύρου HEXXH, όπου οι δύο ιστιδίνες είναι οι δύο πρώτοι υποκαταστάτες του ιόντος ψευδαργύρου. Μετά από 24 αμινοξέα στην αλληλουχία του μορίου, βρίσκεται ένα γλουταμινικό οξύ που είναι ο τρίτος υποκαταστάτης του ιόντος ψευδαργύρου. Η ύπαρξη αυτών των Ν- και C- περιοχών είναι πιθανότατα το αποτέλεσμα ενός αρχέγονου γεγονότος διπλασιασμού γονιδίων το οποίο έλαβε χώρα κατά την διάρκεια της εξέλιξης των σπονδυλωτών. Οι δύο περιοχές εμφανίζουν εκλεκτικότητα έναντι διαφόρων υποστρωμάτων, αναστολέων και διαφορές στην απαιτούμενη συγκέντρωση ιόντων χλωρίου προκειμένου να έχουν καταλυτική δραστικότητα. Υπάρχουν δύο υποστρώματα τα οποία εμφανίζουν εκλεκτικότητα έναντι του Ν-ενεργού κέντρου: το Ν-ακετυλ-σερυλασπαραγυλο-λυσυλ-προλυλ πεπτίδιο, το οποίο ρυθμίζει τη διαφοροποίηση και τον πολλαπλασιασμό των πολυδύναμων αιμοποιητικών κυττάρων και το πεπτίδιο αγγειοτενσίνη-(1-7) που είναι το αποτέλεσμα της δράσης της βραδυκινίνης. Αφ' ετέρου, τα ενεργά κέντρα και των δύο περιοχών καταλύουν την υδρόλυση της αγγειοτενσίνης-Ι και τη βραδυκινίνης με παρόμοια αποτελασματικότητα. Εντούτοις, η αναστολή του Ν-ενεργού κέντρου με το φωσφινικό πεπτίδιο RXP407 δεν έχει καμία επίδραση στην ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης. Διαγονιδιακά ποντίκια τα οποία εκφράζουν μόνο το Ν-ενεργό κέντρο εμφανίζουν φαινότυπο παρόμοιο με αυτόν που εμφανίζεται σε ποντίκια στα οποία το γονιδίο του ACE έχει απαλειφθεί πλήρως. Κατά συνέπεια, το C-ενεργό κέντρο φαίνεται να είναι απαραίτητο και σημαντικό για τον έλεγχο της αρτηριακής πίεσης και της καρδιαγγειακής λειτουργίας. Η σπερματική ισομορφή του ACE είναι πανομοιότυπη με την C-περιοχή της σωματικής εκτός από μία μοναδική ακολουθία 36 αμινοξέων που βρίσκεται στο Ν-τελικό άκρο του. Επίσης έχει αποδειχθεί ότι η σπερματική ισομορφή του ACE διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ωρίμανση του σπέρματος και στη δέσμευση αυτού στο επιθήλιο του ωαγωγού των ωοθηκών. Ο στόχος αυτής της διατριβής ήταν α) η υπερέκφραση, σε βακτηριακά κύτταρα, ο καθαρισμός και η λήψη σε διαλυτή μορφή δύο πεπτιδίων του ACE μεγέθους 108 αμινοξέων(Ala361-Gly468 (ACE_N), Ala959-Ser1066 (ACE_C)). Αυτή η πειραματική προσέγγιση επελέγη λόγω της ευκολίας χειρισμού και καλλιέργειας που εμφανίζουν τα βακτηριακά κύτταρα και λόγω της δυνατότητας της χρήση επισημασμένων με 15Ν ή/και 13C θρεπτικών μέσων. β) Η κατοχή ενός τόσο μεγάλου πεπτιδίου σε διάλυμα, επισημασμένο ή μη, δίνει τη δυνατότητα μελέτης του ως προς τα δομικά χαρακτηριστικά του χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία κυκλικού διχροϊσμού ή/και πυρηνικού μαγνητικού συντονισμου (NMR). Τα προαναφερθέντα πρωτεϊνικά τμήματα υπερεκφράστηκαν σε βακτηριακά κύτταρα και ελήφθησαν σε καθαρή μορφή. Η καθαρότητά τους ήταν μεγαλύτερη από 99%. Η απόδοση για το πρωτεϊνικό τμήμα ACE_N ήταν 9mg και για το πρωτεϊνικό τμήμα ACE_C ήταν 6mg από 1L καλλιέργειας βακτηριακών κυττάρων. Τα τμήματα αυτά μελετήθηκαν ως προς την δευτεροταγή τους διαμόρφωση με φασματοσκοπία κυκλικού διχρωϊσμού. Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής έδειξαν ότι παρουσία 1,1,1-τριφθοροαιθανόλης, σε συγκέντρωση μεγαλύτερη από 60% και τα δύο τμήματα λαμβάνουν διαμόρφωση η οποία βρίσκεται σε συμφωνία με τη θεωρητικώς υπολογιζόμενη και με αυτή που έχει βρεθεί από κρυσταλλογραφικές μελέτες του ενζύμου. Το αποτέλεσμα αυτό μερικώς επιβεβαιώθηκε για το πρωτεϊνικό τμήμα ACE_N με τη μελέτη αυτού με φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμόυ. Η πλήρης επιβεβαίωση δεν κατέστει δυνατή λόγω της αδυναμίας λήψης καλής ποιότητας φάσματος 2D-NOESY. Συμπερασματικά, η περιγραφόμενη σε αυτή τη Διατριβή μεθοδολογία εμφανίζει πλεονεκτήματα όσον αφορά την ταχύτητα παραγωγής, τη δυνατότητα καθαρισμού των παραγομένων πεπτιδίων, καθώς και καλή επαναληψιμότητα. Οι in vitro επαναδιατεταγμένες ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες εμφάνισαν χαρακτηριστικά δευτεροταγούς δομής, όμοια σχεδόν με αυτά που έχουν αποκαλυφθεί από την κρυσταλλογραφική μελέτη του ACE, έχοντας υψηλό ποσοστό σε α-έλικα. Κατά συνέπεια, αυτή η μελέτη περιγράφει ένα αποτελεσματικό σύστημα για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων καθαρών πεπτιδίων του ACE που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορες μελέτες. / Angiotensin converting enzyme (ACE) is a gluzincin zinc dipeptidyl carboxypeptidase I, of which thermolysin is considered the prototypical member. This enzyme took its name from its ability to convert the decapeptide Angiotensin-I to octapeptide Angiotensin-II, which is a highly potent vasoconstrictor. Another basic ability is to inactivate bradykinin, a vasodilatory peptide. These two major activities render ACE through the renin– angiotensin–aldosterone system. There are two isoforms of ACE that are transcribed from the same gene in a tissue-specific manner. Somatic ACE, which is present in brush-border epithelial cells and endothelial cells, exists as a glycoprotein composed of a single, large polypeptide chain of 1,306 amino acids, whereas in sperm cells it is a lower-molecular-mass glycoform of 732 amino acids. The somatic form consists of two homologous domains (N and C domain). Each domain contains an active site with a conserved HEXXH zinc binding motif, where the two histidines are zinc ligands, with a glutamate 24 residues downstream forming the third ligand. These N- and C-domains most likely are the result of an ancient gene duplication event that occurred during vertebrate evolution. The two domains differ in their substrate specificities, inhibitor, chloride activation profiles, and physiological functions. There are two N-domainspecific substrates: the peptide N-acetyl-serylaspartyl-lysyl-proline, which regulates haematopoietic stem cell differentiation and proliferation; and the bradykinin-potentiating peptide angiotensin-(1-7). On the other hand, the active sites of both domains catalyse the hydrolysis of angiotensin I and the vasodilator bradykinin with similar efficiency. However, inhibition of the N domain with a phosphinic peptide RXP407 has no effect on blood pressure regulation and expression in transgenic mice of the N domain alone produces a phenotype similar to that seen in complete ACE knockout mice. Thus, the C domain seems to be necessary and sufficient for controlling blood pressure and cardiovascular function, suggesting that the C domain is the dominant angiotensin-converting site. Testis ACE is identical to the Cterminal half of somatic ACE, except for a unique 36-residue sequence constituting its amino terminus. It has also been shown that testis ACE is thought to play a role in sperm maturation and the binding of sperm to the oviduct epithelium. Objective of this thesis was the overexpression, in bacterial cells, purification and solubilazation of two ACE peptides of 108 aa (Ala361-Gly468 (ACE_N), Ala959-Ser1066 (ACE_C)). This experimental approach was chosen because of the ease of culturing bacterial cells and the advantage of using label mediums with 15N and/or 13C. Such large peptides labelled or nonlabelled, can be studied for their structural features using circular dichroism and/or NMR spectroscopy. The above mentioned protein fragments overexpressed in bacteria and purified. Their purity was greater than 99%. The yield was 9mg for ACE_N and 6mg for ACE_C protein fragment from 1L bacterial culture. Their secondary structure was studied using circular dichroism spectroscopy. Deconvolution of ACE_N and ACE_C CD spectra had shown that the presence of trifluoroethanol, at concentrations of 60% or higher, is necessary for the correct folding of the protein. This result was partially confirmed for ACE_N protein fragment by Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy. Complete conformation was not succeded due to the inability of recording the 2DNOESY spectrum of ACE_N. Conclusively, the described procedure in this research proved to be advantageous in speed and facility of purification. It demonstrated good reproductively for ACE peptides during purification. The in vitro refolded recombinant proteins had almost identical secondary features compared with these found using crystallographic data, with a high content in a-helix secondary structure motif. Thus, this study offers an effective system for producing large amounts of pure ACE peptides which can be used for several studies.

Παρά τις προόδους των κλασικών θεραπευτικών στρατηγικών για τον καρκίνο, η μεγάλη πλειοψηφία των ασθενών υποτροπιάζει και καταλήγει. Η ανάγκη για την αντιμετώπιση της νόσου με εναλλακτικό τρόπο οδήγησε στην ανάπτυξη ανοσοθεραπευτικών μεθόδων. Η ιδέα της ανοσοθεραπείας του καρκίνου έγινε γνωστή στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, όταν ο William Coley χρησιμοποίησε ζωντανά στελέχη του πυογενούς βακτηρίου Streptococcus erysipelas με σκοπό τη δημιουργία γενικευμένης ανοσολογικής απάντησης, μέρος της οποίας να κατευθυνθεί ενάντια σε όγκους σαρκώματος. Οι σποραδικές θετικές αποκρίσεις που παρατήρησε οφείλονταν κατά πάσα πιθανότητα σε ενίσχυση της ανοσολογικής απάντησης από τις φλεγμονώδεις αντιδράσεις που προκάλεσαν τα βακτήρια. Για να επαχθεί όμως ειδική ανοσολογική απάντηση ενάντια σε όγκους απαιτείται να χαρακτηριστούν στα καρκινικά κύτταρα συγκεκριμένα αντιγόνα, ώστε να δύναται το ανοσολογικό σύστημα να τα αναγνωρίσει ως στόχους. Συνεπώς, το πρώτο βήμα στην προσπάθεια για ανοσοθεραπεία του καρκίνου είναι η απομόνωση αντιγόνων που εκφράζουν τα καρκινικά κύτταρα, τα οποία κατά προτίμηση να μην εκφράζονται από τους φυσιολογικούς ιστούς ώστε να αποφευχθεί η αυτοάνοση απάντηση. Η ταυτοποίηση ογκοειδικών αντιγόνων, τα οποία αναγνωρίζονται από τα Τ λεμφοκύτταρα, έδωσε ιδιαίτερη ώθηση στην ανάπτυξη της κατευθυνόμενης από τα Τ κύτταρα ανοσολογικής απάντησης, στο επίπεδο τόσο της έρευνας της ανοσολογίας του καρκίνου, όσο και της κλινικής ανοσοθεραπευτικής εφαρμογής και έθεσε τις βάσεις για τη χρησιμοποίηση πεπτιδικών εμβολίων στην ανοσοθεραπεία του καρκίνου. Από την πληθώρα των γνωστών καρκινικών αντιγόνων, έχουν ταυτοποιηθεί κατά κύριο λόγο επίτοποι ικανοί να συνδεθούν με μόρια του μείζονος συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας (MHC) τάξης Ι και συνεπώς να επάγουν την ενεργοποίηση των CD8+ T κυττάρων, δεδομένου ότι οι περισσότεροι όγκοι είναι θετικοί ως προς τα μόρια MHC τάξης Ι, αλλά αρνητικοί ως προς τα μόρια MHC τάξης ΙΙ. Επιπρόσθετα, τα CD8+ Τ κύτταρα μπορούν να καταστρέφουν τα καρκινικά κύτταρα απευθείας, μέσω της αναγνώρισης του συμπλόκου MHC τάξης Ι-πεπτιδίου που εκφράζεται στην επιφάνεια του όγκου. Τα τελευταία χρόνια, δεδομένης της αναγνώρισης του κεντρικού ρόλου των CD4+ Τ λεμφοκυττάρων στην έναρξη, οργάνωση και διατήρηση της ανοσολογικής απάντησης, έχουν αναγνωριστεί και αρκετοί επίτοποι που αναγνωρίζονται από μόρια MHC τάξης ΙΙ. Πρόσφατες κλινικές μελέτες και προκλινικά μοντέλα έδειξαν ότι ο εμβολιασμός με επιτόπους που δύνανται να συνδεθούν με μόρια MHC τάξης ΙΙ, οι οποίοι εμπεριέχουν αλληλουχίες σύνδεσης για τα μόρια MHC τάξης Ι, είναι αποτελεσματικοί στην ταυτόχρονη ανάπτυξη βοηθητικών και κυτταροτοξικών Τ λεμφοκυττάρων με μακρά διάρκεια ζωής in vivo. Από τα γνωστά καρκινικά αντιγόνα, η πρωτεΐνη HER-2/neu παρουσιάζει το πλεονέκτημα της υπερέκφρασης σε ποικίλους τύπους καρκίνου, ενώ οι ασθενείς των οποίων όγκοι την υπερεκφράζουν παρουσιάζουν προϋπάρχουσα ανοσία ενάντια σε πεπτίδια αυτής. Η αυξημένη έκφρασή της στα καρκινικά κύτταρα και το γεγονός ότι πρόκειται για διαμεμβρανική πρωτεΐνη την καθιστούν στόχο για ανοσοθεραπευτικές προσεγγίσεις που περιλαμβάνουν τόσο κυτταρική όσο και χυμική ανοσία. Κλινικές έρευνες με χρήση πεπτιδίων της HER-2/neu έχουν δείξει την πρόκληση ανοσολογικής απάντησης στην πλειονότητα των ασθενών. Παρόλα αυτά, οι μεταστατικοί τύποι καρκίνου που υπερεκφράζουν τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη παραμένουν μη θεραπεύσιμοι. Συνεπώς, υπάρχει άμεση ανάγκη για νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις και στο σημείο αυτό η διερεύνηση των πιο ανοσογονικών τμημάτων της αλληλουχίας της πρωτεΐνης HER-2/neu, καθώς και της αντίδρασης των ασθενών σε αυτά, αποτελούν στόχο για ειδικές νέες αντικαρκινικές θεραπείες. O εγκλεισμός του αντιγόνου σε μικροσφαίρες πολυ-γαλακτικού-γλυκολικού οξέος (PLGA) έχει δειχθεί ότι επάγει ισχυρή και παρατεταμένη ανοσοαπόκριση. Μέχρι σήμερα, δεν φαίνεται να έχει αναφερθεί μελέτη στην οποία να αναλύεται η επίδραση των χαρακτηριστικών του PLGA συμπολυμερούς και του σχήματος ανοσοποίησης στον τύπο της λαμβανόμενης ανοσοαπόκρισης μετά την χορήγηση PLGA μικροσφαιρών του αντιγόνου in vivo. Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε ο τύπος της ανοσοαπόκρισης που λαμβάνεται in vivo μετά την χορήγηση πεπτιδίων της HER-2/neu (πρότυπα αντιγόνα) συνδεμένων σε πολυ-γαλακτικού οξέος (PLA) και PLGA μικροσφαίρες. Τα πρότυπα αντιγόνα ήταν δύο: * το πεπτίδιο GSPYVSRLLGICLTSTVQLVQL, που αντιστοιχεί στην περιοχή 778-799 της ογκοπρωτεΐνης HER-2/neu. Η πεπτιδική αυτή ακολουθία περιλαμβάνει τον κυτταροτοξικό επίτοπο CLTSTVQLV (789-797) σε συνδυασμό με τον T βοηθητικό (Th) επίτοπο GSPYVSRLLGICL (778-790) της συγκεκριμένης ογκοπρωτεΐνης. * καθώς και το πεπτίδιο CLTSTVQLV (789-797), δηλαδή μόνο ο κυτταροτοξικός (CTL) επίτοπος. Ως πειραματόζωα στην συγκεκριμένη περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν HHD διαγονιδιακοί μύες, οι οποίοι εκφράζουν ανθρώπινα HLA-A2.1 μόρια ιστοσυμβατότητας, δεδομένου ότι η ακολουθία του πεπτιδίου που έχει επιλεγεί προέρχεται από την ανθρώπινη HER-2/neu. Η μετατροπή της ανοσοαπόκρισης Th2 τύπου, εναντίον διαλυτών αντιγόνων που εκφράζονται σε καρκινικούς όγκους, σε Τh1 τύπο ανοσοαπόκρισης είναι σημαντική στην ανοσοθεραπεία του καρκίνου. Η δημιουργία αντιγονο-ειδικών CD8+ κυτταροτοξικών λεμφοκυττάρων, σε συνέργεια με τα αντίστοιχα βοηθητικά Τ (CD4+) λεμφοκύτταρα, πιστεύεται ότι θα οδηγήσουν στην απόρριψη του όγκου ή στην επιβράδυνση της ανάπτυξης αυτού. Η ταυτοποίηση του τύπου της ανοσοαπόκρισης έγινε με την ανάπτυξη ανοσοαναλυτικών τεχνικών για την μέτρηση των ολικών ειδικών ανοσοσφαιρινών IgG, των ισοτύπων αυτών (IgG1 και IgG2a). Επίσης προσδιορίσθηκε ο τύπος της ανοσοαπόκρισης σε κυτταρικό επίπεδο με την ανάπτυξη τεχνικών μέτρησης της ικανότητας του πολλαπλασιασμού των λεμφοκυττάρων και με μέτρηση των κυτοκινών, κυρίως σε υπερκείμενα καλλιεργειών λεμφοκυττάρων, αλλά και στο αίμα. Για την χορήγηση χρησιμοποιήθηκαν μικροσφαίρες PLA και PLGA με φορτωμένο το αντιγόνο με δύο διαφορετικούς τρόπους (προσροφημένο ή απλά αναμεμιγμένο). Η in vivo χορήγηση του πεπτιδικού αντιγόνου που απλά και μόνο αναμίχθηκε με PLA μικροσφαίρες προκάλεσε μια ισχυρή ανοσολογική απόκριση που ήταν συγκρίσιμη με αυτήν που προκλήθηκε από το συνδυασμό του αντιγόνου με πλήρες ανοσοενισχυτικό του Freund (CFA). Επιπλέον, μετά από ανάλυση του προφίλ των κυτοκινών που εκκρίνονται από τα Τ λεμφοκύτταρα των ανοσοποιημένων μυών, αποδείχθηκε ότι ο συνδυασμός του αντιγόνου πεπτιδίων με τις PLA μικροσφαίρες προκάλεσε μια ισχυρή Th1 ανοσολογική απόκριση στο αντιγόνο. Ο χρόνος της επώασης πεπτιδίων με τις μικροσφαίρες πριν από τη χορήγηση δεν είχε επιπτώσεις στην ανοσολογική απόκριση, γεγονός που απλοποιεί περαιτέρω την παραγωγή σε ευρεία κλίμακα αυτού του τύπου εμβολίων. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από αυτή τη μελέτη δικαιολογούν την περαιτέρω διερεύνηση σε in vivo πειραματικά μοντέλα καρκίνου της δυνατότητας επαγωγής ισχυρής κυτταρικής ανοσοαπόκρισης έναντι των καρκινικών κυττάρων που υπερεκφράζουν την HER-2/neu πρωτεΐνη με απλή ανάμιξη κατάλληλων πεπτιδικών αντιγόνων της HER-2/neu με PLA μικροσφαίρες. / Despite the progress of classic therapeutic strategies developed concerning cancer the greatest number of patients deteriorates and eventually dies. The need to confront this disease in an alternative way has led to the development of new immunotherapeutic methods. The novel idea of cancer immunotherapy was born in the 19th century when William Coley used live live species of bacteria Streptococcus erysipelas in order to induce an overall immune response targeted in part against sarcoma tumors. Occasional positive immune responses that were observed were possibly due to the enhancement of the immune response from the inflammatory reactions caused by the bacteria. In order to induce a special immune response against tumors it is necessary for some specific antigens to be identified at cancer cells. So the first step in the effort to induce immunotherapy is the isolation of antigens expressed by cancer cells that are preferably not expressed at healthy tissues, to prevent autoimmune response. The identification of tumor-specific antigens that are identified by T cells gave a great boost to the development of T-cell-mediated specific immune response, both in research for tumor immunology as in its clinical appliance. That led to the beginning of peptide use in vaccines in cancer immunotherapy. From the plethora of already known cancer antigens, epitopes have been identified as capable of forming complex with MHC (Major Histocompatibility Complex) class I molecules, which consequently induce the activation of CD8+ T cells, given that most tumors are positive for the MHC class I molecules, but negative to MHC class II molecules. Moreover, CD8+ T cells can kill cancer cells directly, through identification of the MHC class I–peptide complex that is expressed on the tumor surface. Recently many epitopes that are recognized by MHC class II molecules have been identified, since it is well known that the CD4+ T cells play an important role in the initiation, organization and maintenance of the immune response. Recent clinical studies and preclinical models have shown that immunization with epitopes that are eminent to form a complex with MHC class II molecules, which comprise amino acid sequences that can connect with MHC class I molecules, are effective in the simultaneous induction of helper and cytotoxic long life T-cell in vivo. Among all known cancer antigens, the HER-2/neu protein demonstrates the advantage of being overexpressed in various types of cancer, while patients whose tumors overexpress the protein exhibit preexisting immunity against its peptides. HER-2/neu is a transmembrane protein that is overexpressed in cancer cells and therefore the perfect target for immunotherapy concerning both cellular and humoral immunity. Clinical studies using HER-2/neu peptides have shown induction of immune response in the majority of patients. However, metastatic tumors overexpressing HER-2/neu protein still remain incurable. As a result, there is ample need for respective new therapeutic strategies and at this point more potent immunogenic sequences of the protein are under investigation, as is the response of patients to those sequences, in hope of creating more specific anticancer therapies. Encapsulation of antigen into poly (lactic-co-glycolic) acid (PLGA) microspheres has proven to induce potent and long lasting immune response. Up to date, there is no study analyzing the influence of PLGA polymer characteristics or the immunization scheme, regarding the type of the immune response following the administration of PLGA antigen microspheres in vivo. In the current study, the type of the immune response after in vivo administration of HER-2/neu peptide adsorbed on poly-lactic acid (PLA) and PLGA microspheres is investigated. The model antigens used were the following two: • GSPYVSRLLGICLTSTVQLVQL peptide corresponds to the 779-799 amino acid sequence of the HER-2/neu protein. This amino acid sequence contains the cytotoxic epitope CLTSTVQLV (789-797) in combination with the Th epitope GSPYVSRLLGICL (778-790) of the HER-2/neu protein. • CLTSTVQLV (789-797) peptide, which corresponds to merely the cytotoxic epitope. HHD transgenic mice expressing human HLA-A2.1 histocompatibility molecules were used as subjects, given the fact that the amino acid sequence chosen has derived from the human HER-2/neu protein. Converting the preexisting Th2 type of immune response, against soluble antigens expressed in tumors, to the Th1 type is extremely important in curing cancer. The production of antigen-specific CD8+ cytotoxic lymphocytes with the relevant helper T (CD4+) lymphocytes is believed to trigger the rejection of the tumor or the delay of its development. The type of the immune response was identified with immuno-analytic techniques developed for measuring the total amount of IgG immunoglobulins, and their isotypes (IgG1 and IgG2a). Moreover the type of the immune response has been determined at cellular level using proliferation assay and cytokine measurement assay, usually at cell culture supernatants but also in blood samples. For the peptide administration, PLA and PLGA microspheres were used. The antigen was administered in two different ways, either absorbed or adsorbed (just mixed). The in vivo administration of the peptide antigen just admixed with PLA microspheres induced potent immune response, comparable to that caused by the antigen administration using complete Freund’s adjuvant (CFA). Moreover, upon the analysis of the cytokine profile secreted from T lymphocytes of immunized mice, the PLA admixed peptide proved to induce a specific and potent Th1 immune response. The incubation time of the peptide with PLA microspheres had no implications to the immune response, therefore further simplifying future mass production of such vaccine types. The results extracted by this study justify further investigation of the in vivo experimental cancer models for inducing potent cellular immune response against cancer cells that overexpress the HER-2/neu protein by simply mixing the appropriate HER-2/neu peptide antigens with PLA microspheres.

Η προκλητή δοκιμασία με GHRH + GHRP-6 είναι ένα από τα πιο ισχυρά ερεθίσματα για την έκκριση της GH. Προκειμένου να εκτιμηθεί η διαγνωστική της ικανότητα σε παιδιά με κλασσική ανεπάρκεια GH (Growth Hormone Deficiency, GHD) αλλά και με νευροεκκριτική δυσλειτουργία της GH (GH Neurosecretory Dysfunction, GHND), 35 παιδιά με μέγιστη απάντηση της GH < 10 μg/L μετά από πρόκληση με levo-dopa/κλονιδίνη (GHD), 15 με φυσιολογική απάντηση στις προκλητές εξετάσεις αλλά παθολογική αυτόνομη 24ωρη έκκριση της GH (GHND) και 20 φυσιολογικοί μάρτυρες έλαβαν 1 μg/kg GHRH και GHRP-6 i.v. και η GH μετρήθηκε στο χρόνο -15΄, 0΄, 5΄, 10΄, 15΄, 30΄, 45΄, 60΄. Έξι ασθενείς δεν απάντησαν στην συνδυασμένη προκλητή εξέταση με GHRH και GHRP-6 (μη αποκριτές), με σημαντικά χαμηλότερη μέγιστη τιμή GH: 20.7 μg/L (7.8-31.8) από τους μάρτυρες και τους υπόλοιπους ασθενείς (αποκριτές). Η απάντηση της GH (μg/L) ήταν παρόμοια μεταξύ των προεφηβικών μαρτύρων: 167±88, των προεφηβικών παιδιών με κλασσική ανεπάρκεια: 202±110 και των προεφηβικών παιδιών με νευροεκκριτική δυσλειτουργία της GH: 155±83. Οι εφηβικοί μάρτυρες είχαν υψηλότερη απάντηση: 328±149 από τους εφηβικούς ασθενείς με GHD: 203±105 και GHND: 186±105. Ενώ οι εφηβικοί μάρτυρες είχαν υψηλότερη απάντηση GH από τους προεφηβικούς, οι εφηβικοί και προεφηβικοί ασθενείς και των δύο ομάδων (GHD και GHND) είχαν παρόμοια μέγιστη απάντηση GH. Tα δεδομένα της μελέτης επιβεβαιώνουν ότι ο συνδυασμός GHRH και GHRP-6 είναι ένα ισχυρό ερέθισμα για την έκκριση της GH που μπορεί να κινητοποιήσει τα υποφυσιακά αποθέματα αυξητικής ορμόνης σε παιδιά που παρουσιάζουν τόσο κλινικά, όσο και βιοχημικά χαρακτηριστικά ανεπάρκειας αυξητικής ορμόνης. Πρόκειται για μία ασφαλή και σύντομη δοκιμασία χωρίς ανεπιθύμητες ενέργειες για τα παιδιά, η οποία μπορεί να διακρίνει τους ασθενείς με σημαντική έκπτωση των υποφυσιακών αποθεμάτων αλλά και εκκριτικής ικανότητας της GH, που παρουσιάζουν και την πιο σημαντική ανεπάρκεια στην αύξηση. Είναι πιθανό οι ασθενείς «αποκριτές» να παρουσιάζουν υποθαλαμική δυσλειτουργία στη νευρορύθμιση της έκκρισης της GH και να μπορούν να απαντήσουν θεραπευτικά σε συνθετικά εκλυταγωγά της GH.Κατά συνέπεια, η εξέταση με GHRH+GHRP-6 μπορεί να χρησιμεύσει στην επιλογή ασθενών όχι μόνο με ανεπάρκεια GH αλλά και με άλλες διαταραχές της αύξησης με θεραπευτική ένδειξη τη χορήγηση GH, οι οποίοι θα μπορούσαν να απαντήσουν στη χορήγηση συνθετικών εκλυταγωγών της GH. Περαιτέρω μελέτες χρειάζονται για να απαντήσουν στα πολύ σημαντικά αυτά κλινικά ερωτήματα. / The combined growth hormone-releasing hormone and growth hormone-releasing peptide-6 (GHRH + GHRP-6) test is most potent in evaluating GH secretion. The aim of this research was to assess its capability in children with GH deficiency and low spontaneous GH secretion (GH neurosecretory dysfunction). Thirty-five children with GH <10 ng/ml after levo-dopa/clonidine (GHD), 15 with normal provocative tests but abnormal 24-hour spontaneous GH secretion (GHND), and 20 controls (C) were given 1 μg/kg of GHRH and GHRP-6 i.v. and GH (ng/ml) was measured at -15, 0, 5, 10, 15, 30, 45 and 60 min. Six were non-responders to the combined test, with significantly lower peak GH 20.7 (7.8-31.8) than C and the rest of the patients (responders). Peak GH was similar between prepubertal (PP) controls 167 +/- 88, GHD 202 +/- 110 and GHND 155 +/- 83. Pubertal (P) controls had higher peak GH 328 +/- 149 than P-GHD 203 +/- 105 and P-GHND 186 +/- 105. While P-C had higher peak GH than PP-C, PP and P children had similar responses within the GHD and GHND groups. The GHRH + GHRP-6 test detects children with severe GH insufficiency. Patients with GHD respond similarly to those with GHND, indicating a possible hypothalamic GH neuroregulatory dysfunction in GHD. Responders to the combined test may be eligible for treatment with a synthetic GH secretagogue.