Gemcitabine is a highly potent chemotherapeutic nucleoside agent used in the treatment of several cancers and solid tumors. However, it is therapeutically limitated because of toxicity to normal cells and its rapid intracellular deamination by cytidine deaminase into the inactive uracil derivative. Modification at the 4-(N) position of gemcitabine's exocyclic amine to an -amide functionality is a well reported prodrug strategy which has been that confers a resistance to intracellular deamination while also altering pharmacokinetics of the parent drug. Coupling of gemcitabine to carboxylic acids with varying terminal moieties afforded the 4-N-alkanoylgemcitabines whereas reaction of 4-N-tosylgemcitabine with the corresponding alkyl amines gave the 4-N-alkylgemcitabines. The 4-N-alkanoyl and 4-N-alkyl gemcitabine analogues with a terminal hydroxyl group on the 4-N-alkanoyl or 4-N-alkyl chain were efficiently fluorinated either with diethylaminosulfur trifluoride or under conditions that are compatible with the synthetic protocols for 18F labeling, such as displacement of the corresponding mesylate with KF/Kryptofix 2.2.2. The 4-N-alkanoylgemcitabine analogues displayed potent cytostatic activities against murine and human tumor cell lines with 50% inhibitory concentration (IC50) values in the range of low nM, whereas cytotoxicity of the 4-N-alkylgemcitabine derivatives were in the low to modest µM range. The cytostatic activity of the 4-N-alkanoylgemcitabines was reduced by several orders of magnitude in the 2'-deoxycytidine kinase (dCK)-deficient CEM/dCK- cell line while the 4-N-alkylgemcitabines were only lowered by 2-5 times. None of the 4-N-modified gemcitabines were found to be substrates for cytosolic dCK, however all were found to inhibit DNA synthesis. As such, the 4-N-alkanoyl gemcitabine derivatives likely need to be converted to gemcitabine prior to achieving their significant cytostatic potential, whereas the 4-N-alkylgemcitabines reach their modest activity without "measurable" conversion to gemcitabine. Thus, the 4-N-alkylgemcitabines provide valuable insight on the metabolism of 4-N-modified gemcitabine prodrugs.

Weltweit hat das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) unter den Krebserkrankungen die schlechteste Prognose. Aufgrund der unspezifischen Symptome wird die Erkrankung meist erst in einem lokal fortgeschrittenem Stadium diagnostiziert, wenn eine kurative Tumorresektion nicht mehr möglich ist und es bereits zur Metastasierung gekommen ist. Trotz intensiver klinischer Forschung wird mit bisherigen Therapieansätzen wie zum Beispiel Gemcitabin (auch in Kombination mit nab-Paclitaxel) nur eine geringfügige Verbesserung des medianen Überlebens erzielt. Diese Therapieresistenz gegenüber Gemcitabin wurde in in vitro Versuchen mit verschiedenen humanen PDAC-Zelllinien bestätigt. Die zusätzlich behandelte nichttumorigene Pankreasdukt-Zelllinie HDPE-E6E7 zeigte hingegen eine starke Sensitivität gegenüber dem Chemotherapeutikum. Ursächlich beteiligt an der generellen Resistenz dieser Tumore gegenüber Chemo- und Strahlentherapie sind verschiedene Apoptose-Evasionsmechanismen. Diese sind vor allem durch ein Ungleichgewicht pro- und antiapoptotischer Faktoren bedingt (Lowe 2004). Zusätzlich fördern KRAS-Mutationen, die nahezu universell in allen PDACs vorliegen, die Proliferation der Tumorzellen und unterstützen die Apoptose-Dysregulation durch eine verstärkte Expression antiapoptotischer Proteine. Nach umfangreichen Literaturrecherchen (Werner 2011a, Werner 2011b) wurden verschiedenste PDAC-Zelllinien hinsichtlich ihrer Expression von Apoptose-assoziierten Genen analysiert. Untersucht wurden diesbezüglich verschiedene humane PDAC-Zelllinien, aber auch Primärzellkulturen (PaCaDD-Zellen), die in unserem Labor per Outgrowth-Methode aus Patiententumorgewebe etabliert wurden. Ergänzend wurden murine Zelllinien analysiert, die aus einem genetischen PDAC-Mausmodell (KRASG12D; P53R172H; PDX1 CRE) stammen. Normiert bezüglich der Expression der HDPE-E6E7-Zellen wurde eine vielfältige, sehr heterogene Dysregulation von verschiedenen, mit der Apoptose assoziierten Proteinen festgestellt. Per siRNA-basiertem Knockdown wurden verschiedene Kandidatengene hinsichtlich ihrer funktionellen Bedeutung für die Zellproliferation und Apoptose-Induktion näher charakterisiert. In einem dynamischen Prozess wurde eine multimodale Therapie entwickelt, bei der fünf antiapoptotische Zielgene (BCLXL, FLIP, MCL1L, SURVIVIN und XIAP) kombiniert mit KRAS als zentralem Onkogen simultan in ihrer Expression inhibiert wurden. Ziel war es, hierdurch sowohl die extrinsische als auch intrinsische Apoptose zu normalisieren und eine möglicherweise durch Caspase-Inhibitoren blockierte Signaltransduktion zu ermöglichen. Ein zusätzlicher Knockdown von KRAS sollte einer Gegenregulierung dieser Therapie vorbeugen und die gesteigerte Proliferation der Tumorzellen unterbinden. Dieser so genannte SGS6-Therapieansatz zeigte in vitro in allen fünf getesteten humanen sowie in zwei murinen Zelllinien eine starke Apoptose-Induktion und Verminderung der Zellzahl. Durch Zweit-siRNAs wurde die spezifische Wirksamkeit der Knockdowns bestätigt und zelluläre off-target-Effekte wurden ausgeschlossen. Auch in vivo wurde in einem subkutanen Allograftmodell mit dem SGS6-Therapiekonzept eine starke Tumorreduktion erzielt. Die analoge Untersuchung der nichttumorösen Pankreasdukt-Zelllinie HDPE-E6E7 zeigte, dass die SGS6-Therapie deutlich spezifischer für die Krebszellen war verglichen zur Behandlung mit Gemcitabin.

<p>Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a lethal cancer in part due to inherent resistance to chemotherapy, including the first-line drug gemcitabine. Gemcitabine is a nucleoside pyrimidine analog that has long been the backbone of chemotherapy for PDAC, both as a single agent, and more recently, in combination with nab-paclitaxel. Since gemcitabine is hydrophilic, it must be transported through the hydrophobic cell membrane by transmembrane nucleoside transporters. Human equilibrative nucleoside transporter-1 (hENT1) and human concentrative nucleoside transporter-3 (hCNT3) both have important roles in the cellular uptake of the nucleoside analog gemcitabine. While low expression of hENT1 and hCNT3 has been linked to gemcitabine resistance clinically, mechanisms regulating their expression in the PDAC tumor microenvironment are largely unknown. We identified that the matricellular protein Cysteine-Rich Angiogenic Inducer 61 (CYR61) negatively regulates expression of hENT1 and hCNT3. CRISPR/Cas9-mediated knockout of CYR61 significantly increased expression of hENT1 and hCNT3 and cellular uptake of gemcitabine. CRSIPR-mediated knockout of CYR61 sensitized PDAC cells to gemcitabine-induced apoptosis. Conversely, adenovirus-mediated overexpression of CYR61 decreased hENT1 expression and reduced gemcitabine-induced apoptosis. We demonstrate that CYR61 is expressed primarily by stromal pancreatic stellate cells (PSCs) within the PDAC tumor microenvironment, with Transforming Growth Factor- β (TGF-β) inducing the expression of CYR61 in PSCs through canonical TGF-β-ALK5-Smad signaling. Activation of TGF-β signaling or expression of CYR61 in PSCs promotes resistance to gemcitabine in an in vitro co-culture assay with PDAC cells. Our results identify CYR61 as a TGF-β induced stromal-derived factor that regulates gemcitabine sensitivity in PDAC and suggest that targeting CYR61 may improve chemotherapy response in PDAC patients.</p> / Dissertation

L'adenocarcinoma ductal de pàncrees és un càncer molt agressiu que actualment representa la quarta causa de mort per càncer als països occidentals. Les teràpies clàssiques, basades en la resecció quirúrgica, la radioteràpia i el tractament amb quimioteràpics com la gemcitabina, no són efectives en la gran majoria del pacients. En aquests darrers anys s'està estudiant l'aplicació de la teràpia gènica com a teràpia alternativa o adjuvant per al tractament d'aquesta neoplàsia. Una aproximació important és la que es basa en la transferència del gen de la timidina quinasa del virus Herpes simplex tipus 1 (TK) i l'administració de la pro-droga ganciclovir (GCV). Un dels atractius que presenta aquest sistema TK/GCV és que disposa d'un mecanisme amplificador de la mort cel·lular, que va més enllà d'eliminar la cèl·lula tumoral modificada genèticament amb el gen TK i que es coneix com l'efecte adjacent. S'ha proposat, que aquest efecte podria ser degut al trànsit dels metabòlits tòxics del GCV a través dels canals intercel·lulars que formen les unions gap.En aquesta tesi hem realitzat una caracterització de l'expressió de les molécules constitutives de les unions gap, les connexines, en l'adenocarcinoma de pàncrees; i hem estudiat el seu paper en l'eficàcia de dues estratègies terapèutiques basades en l'administració de compostos anàlegs de nucleòsids: el sistema suïcida TK/GCV i el quimioteràpic gemcitabina. S'ha estudiat també la possible contribució de l'E-cadherina, element clau de les unions adherents epitelials, en l'efecte citotòxic d'aquestes teràpies i amb especial èmfasi en el sistema TK/GCV.

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Objective: Epithelioid sarcoma (ES) presents unique clinical features in comparison to other sarcoma subtypes. Data regarding the benefits of chemotherapy are very limited. Combination regimens using gemcitabine and docetaxel (Gem/Doce) have proven to be effective, especially in uterine and nonuterine leiomyosarcoma. Yet, there is no available data on the efficacy of Gem/Doce in ES. Methods: A retrospective analysis of the three participating institutions was performed. Twenty-eight patients with an ES diagnosis presented at one of the participating institutions between 1989 and 2012. Of this group, 17 patients received chemotherapy. Results: Patients’ median overall survival (OS) after the beginning of palliative chemotherapy was 21 months, and the 1-year OS was 87%. Twelve patients received Gem/Doce with a clinical benefit rate of 83%. The median progression-free survival (PFS) was 8 months for all patients receiving Gem/Doce. The best response was complete remission in 1 patient and partial remission in 6 patients. All 6 patients receiving Gem/Doce as a first-line treatment showed measurable responses with a median PFS of 9 months. Conclusions: In this retrospective study, Gem/Doce was an effective chemotherapeutic regimen for ES. Prospective studies are needed to better assess the effects of this combination drug therapy.

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