The chondroitin sulphate proteoglycan (CSPG) versican forms complexes with hyaluronan (HA), which are essential in a range of functions including cellular proliferation and migration. Four isoforms of versican result from alternative splicing. Furthermore, biological roles have been identified for the proteolytic cleavage product of versican which contains the N-terminal G1 hyaluronan binding domain. All of these versican forms have different tightly regulated tissue expression profiles. Consequently, impaired regulation is associated with a number of disease pathologies. For example the largest variants (V0/V1) have been shown to be negative indicators of disease outcome in a number of malignant cancers and are a marker of disease progression in atherosclerosis. Interestingly, the smaller versican isoform V3 which lacks CS chains has been demonstrated to have the potential to reverse disease associated phenotypes. The motivation for carrying out the work in this thesis was to try and gain a better understanding of how versican functions on a molecular scale. In this regard, the first aim was to investigate the structure of the hyaluronan binding region of versican using a construct called VG1. The structure of VG1 was analysed in the presence and absence of hyaluronan oligomers. This revealed an insight into the multi-modular structure of the versican hyaluronan binding region and demonstrated that on binding to HA, VG1 under goes a conformational change. Furthermore, the interaction between VG1 and longer lengths of hyaluronan (pHA) was investigated. This demonstrated that when VG1 binds to pHA it is does so with positive cooperativity, packing very close to neighbouring VG1 molecules along a chain of HA. One consequence of this interaction was to reorganise pHA into a helical conformation, an organisation that was confirmed by a number of solution phase techniques. The effect of this reorganisation of pHA by VG1 on HA/CD44 interactions was also assessed. Previously the interaction between CD44 (a cell surface hyaluronan receptor) and long chains of HA (>30 kDa) was shown to be irreversible; however we demonstrate that VG1 can reverse this. Furthermore, a TSG-6 enhanced CD44/interaction was also completely reversed by the addition of VG1. This provides an indication that a functional hierarchy of hyaluronan binding proteins may exist which could have important implications in understanding the function of hyaluronan complexes. Currently, we do not know whether intact versican molecules could interact with HA in the same way as VG1. However, preliminary data suggests that the CS-containing variants (i.e. V0, V1 and V2) would not, whereas V3 and versican fragments could. This work provides an exciting mechanistic insight into the function of versican variants and their breakdown products.

Equine laminitis is a devastating condition that results in the failure of the tissue responsible for suspending the skeleton within the hoof capsule. The digital laminae is composed of two interdigitated layers, the dermal lamellae surrounding the distal pedal bone, and the epidermal lamellae, which interfaces with the hoof wall. During laminitis, these layers separate, allowing for rotation and sinking of the pedal bone. While there are multiple diseases and physiological conditions associated with the development of laminitis, including sepsis, metabolic syndrome, and unequal weight bearing, the exact cause remains elusive. Prior work by our research group identified the metalloprotease ADAMTS-4 as a potential early instigator of disease. The data presented herein catalogs the distribution of the substrates of this enzyme, aggrecan and versican, the ramifications of ADAMTS-4-mediated versican loss in the laminae, and further expands into the repression of the canonical wnt signaling pathway and potential additional metalloprotease (MMP) involvement in disease, utilizing a model of acute, carbohydrate-induced laminitis. Additionally, samples from other models of laminitis induction and clinical samples were screened for differential expression of relevant gene markers, including versican, members of the canonical wnt signaling pathway, and MMP-1 and -13. Together, these data provide a characterization of laminar pathology in the carbohydrate-induced model, as well as highlighting key similarities and differences amongst multiple methods of disease development, and lay important groundwork for developing clinical therapeutic interventions.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24835号 / 医博第5003号 / 新制||医||1068(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 浅野, 雅秀, 教授 柳田, 素子, 教授 近藤, 玄 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

A matriz extracelular apresenta importante papel na fisiologia da fonação sendo necessário o conhecimento de seus componentes. Poucos estudos sobre os componentes da matriz em fetos e a ausência de relatos do versican nesta faixa etária, bem como a necessidade de aprofundar os conhecimentos sobre os componentes da matriz em adultos, resultaram na elaboração deste estudo. Analisar a presença e distribuição do colágeno tipo I, colágeno tipo III e proteoglicano versican na lâmina própria da prega vocal de laringes fetais e adultas é o objetivo do estudo. No grupo fetal foram estudadas 7 laringes obtidas de cadáveres variando de 28 a 36 semanas de idade gestacional. No grupo adulto foram estudadas 20 laringes, 10 do sexo masculino, com média de idade de 66 anos, e 10 do sexo feminino com média de idade de 70 anos, com idades pareadas. Utilizou-se método imunoistoquímico para avaliar a expressão do versican no grupo fetal e adulto. Para a avaliação das fibras colágenas utilizou-se o método da Picrosirius polarização no grupo fetal e imunoistoquímico no grupo adulto. A quantificação das fibras colágenas e do versican foi realizada por meio de análise digital de imagens. Os resultados do grupo fetal mostraram uma distribuição homogênea das fibras colágenas formando uma estrutura monolaminar com um entrelaçamento entre as fibras denominado arranjo em cesta de vime; em relação ao versican, este apresentou uma densidade maior na camada superficial e intermediária da lâmina própria. Os resultados do grupo adulto mostraram uma menor densidade de colágeno tipo I na camada intermediária quando comparado à camada superficial (p<0.001) e camada profunda (p=0.005). O colágeno tipo III apresentou distribuição mais homogênea nas camadas da lâmina própria, com uma densidade estatisticamente menor na camada intermediária quando comparada à camada profunda (p=0.001), mas sem diferença estatística na camada superficial. O versican apresentou densidade menor na camada superficial quando comparado à camada intermediária (p=0.036) e camada profunda (p=0.013). Houve menor densidade de versican nas mulheres quando comparado aos homens, percebida apenas na camada superficial. Quando todas as camadas foram consideradas conjuntamente houve uma correlação positiva entre a densidade de versican e colágeno tipo III (r=0.57; p=0.010). Este estudo mostrou as diferenças na distribuição dos componentes da matriz nas camadas da lâmina própria em dois grupos etários proporcionando uma discussão sobre as implicações destes achados na fisiologia vocal e sugerindo que as estruturas glóticas já estariam preparadas para a vocalização ao nascimento / Extracellular matrix has an important rule in the vocal fold physiology and the knowledge about your components is necessary. Fewer studies about matrix extracellular and no studies about versican in fetuses, and the necessity to improve the knowledge about extracellular matrix components in adults group came us to the elaboration of this study that has the objective to analyze the presence and distribution of collagen type I, type III and versican in human vocal fold lamina propria of fetal and adult larynges. Seven fetal larynges obtained from 28- to 36- week-old cadaveric fetuses were studied. Twenty larynges were obtained from adults (10 males and 10 females). Mean age of males was 66 and 70 from females, without significant statistical difference between groups. For the analysis of versican expression, immunohistochemical reactions were carried out in fetal and adult group. The larynges were analyzed through Picrosirius polarization method and immunohistochemistry to visualize the collagen fibers, in fetal and adult group respectively. Collagen fibers and proteoglycan were quantified using a digital image analysis system. In fetuses, the collagen fibers system exhibited homogeneous distribution pattern in a monolaminar layer and spatial arrangement as in a wicker basket; predominance of versican distribution was found out on the superficial and intermediate layer of vocal fold lamina propria. In adult group, there was a lower collagen type I density in the intermediate layer when compared to the superficial (p<0.001) and the deep layers (p=0.005). Collagen type III presented a lower density in the intermediate layer when compared to the deep layer (p=0.001) but without differences in the superficial layer. There was a lower versican density in the superficial layer when compared to the intermediate layer (p=0.036) and deep layer (p=0.013). There was a lower versican density in the lamina propria of females when compared with males. The difference was noted in the superficial layer only. When all layers are considered together there was a positive correlation between versican and collagen type III densities (r=0.57; p=0.010). This study shows the differences in the extracellular matrix components distribution in lamina propria vocal folds in fetal and adult group permitting a discussion about the implications in vocal fold physiology and suggesting that laryngeal structures will be prepared to vocalization at birth

Οι κακοήθεις όγκοι των όρχεων εμφανίζονται κυρίως σε άνδρες ηλικίας 15-35 ετών και παρουσιάζουν αυξητική τάση τα τελευταία 40 χρόνια. Περίπου 95% των νεοπλασιών προέρχονται από τα βλαστικά κύτταρα και οι περισσότεροι από τους όγκους των όρχεων είναι επιθετικοί και ικανοί για γρήγορη και ευρεία διασπορά της νόσου. Η πρόγνωση της κλινικής εξέλιξης της νόσου αποτελεί μια πρόκληση και ο ρόλος διαφόρων βιολογικών δεικτών έχει μελετηθεί προσπαθώντας να διευκρινιστούν τα ακριβή αίτια και οι παθογενετικοί μηχανισμοί της ανάπτυξης των όγκων στους όρχεις. Τόσο τα κύτταρα του στρώματος όσο και τα νεοπλασματικά κύτταρα εμπλέκονται στην αναδιοργάνωση του ECM έτσι ώστε να διευκολυνθεί ο πολλαπλασιασμός, η μετακίνηση και διήθηση των νεοπλασματικών κυττάρων. Οι PGs είναι βιοδραστικά μόρια και η έκφρασή τους τροποποιείται σημαντικά στο μικροπεριβάλλον του όγκου. Μεταβολές της έκφρασης των PGs από τα κύτταρα του όγκου και τα στρωματικά κύτταρα επηρεάζουν τα σηματοδοτικά μονοπάτια των νεοπλασματικών κυττάρων, την ανάπτυξη και επιβίωσή τους, την προσκόλληση και μετανάστευσή τους καθώς και τη δημιουργία νέων αγγείων στον όγκο. Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν να μελετηθεί η παρουσία των εξωκυττάριων PGs, versican και decorin καθώς και των μεμβρανικών PGs, syndecan-4 και CD44 (standard isoform) και να διερευνηθεί η πιθανή συσχέτιση της έκφρασής τους με τη βιολογική συμπεριφορά των όγκων όρχεων που προέρχονται από βλαστικά κύτταρα. Αρχικώς, η έκφραση και ο εντοπισμός τους μελετήθηκε με ανοσοϊστοχημεία σε αρχειακό υλικό 71 ασθενών με σεμινωματώδεις και μη-σεμινωματώδεις όγκους και τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν με ανοσοεντοπισμό ή με μελέτη της γονιδιακής έκφρασης μέσω RT-PCR σε περιορισμένο αριθμό δειγμάτων. Στη συνέχεια, η παρουσία των PGs συσχετίστηκε με τα κλινικοπαθολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών και τη νεοαγγειογένεση που παρατηρείται στους όγκους. Διαπιστώθηκε ότι οι versican και decorin εκφράζονται σε μικρά ποσά στο διάμεσο συνδετικό ιστό, στα μεσολοβιώδη διαφράγματα που περιβάλλουν τα σπερματικά σωληνάρια των όρχεων και παρατηρείται σημαντική αύξηση των ποσών και των δύο PGs κυρίως στο στρώμα που περιβάλλει τόσο τους σεμινωματώδεις όσο και τους μη-σεμινωματώδεις όγκους. Οι μη-σεμινωματώδεις όγκοι χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη αύξηση στην έκφραση της versican σε σχέση με τους σεμινωματώδεις. Η decorin παρουσιάζει σχεδόν παρόμοια επίπεδα έκφρασης και στις δύο κατηγορίες των όγκων όρχεων. Η αυξημένη εναπόθεση της decorin στο στρώμα των όγκων δεν συσχετίζεται στατιστικά με καμία από τις κλινικοπαθολογικές μεταβλητές που μελετήθηκαν. Αντιθέτως, η αυξημένη εναπόθεση της versican τόσο στα σεμινώματα όσο και στους μη-σεμινωματώδεις όγκους συσχετίζεται στατιστικά με την παρουσία αγγειακών και λεμφαγγειακών διηθήσεων, το μέγεθος του πρωτοπαθούς όγκου (στατιστικά σημαντική συσχέτιση παρατηρήθηκε μόνο στους μη-σεμινωματώδεις όγκους), την παρουσία μεταστάσεων στους λεμφαδένες, την ύπαρξη απομακρυσμένων μεταστάσεων (συσχετίστηκε μόνο στους μη-σεμινωματώδεις όγκους) και το στάδιο της νόσου. Επιπλέον, στην παρούσα μελέτη βρέθηκε ότι η συσσώρευση της versican στο στρώμα των όγκων όρχεων σχετίζεται με την παρουσία μεγαλύτερου αριθμού νέων αγγείων. Η μελέτη της διαμεμβρανικής PG syndecan-4 ανέδειξε ότι εκφράζεται από τα τα σπερματικά κύτταρα των σπερματικών σωληναρίων, κυρίως πλησίον του βασικού υμένα, στους φυσιολογικούς ιστούς των όρχεων. Η syndecan-4 εντοπίζεται τόσο στο κυτταρόπλασμα όσο και στη μεμβράνη των φυσιολογικών κυττάρων. Αντιθέτως, δεν διαπιστώθηκε εναπόθεση της syndecan-4 στο διάμεσο συνδετικό ιστό, στα μεσολοβιώδη διαφράγματα που περιβάλλουν τα σπερματικά σωληνάρια των όρχεων. Τόσο οι σεμινωματώδεις όσο και οι μη σεμινωματώδεις όγκοι όρχεων εμφανίζουν αυξημένη έκφραση του γονιδίου της syndecan-4. Οι σεμινωματώδεις όγκοι χαρακτηρίζονται από σημαντικά πιο αυξημένη έκφραση του γονιδίου της syndecan-4 σε σχέση με τους μη-σεμινωματώδεις όγκους. Η υψηλή έκφραση της syndecan-4 στα κύτταρα του όγκου στα σεμινώματα επιβεβαιώθηκε με ανοσοϊστοχημική χρώση των ιστών, ενώ η έκφρασή της παρουσίαζε διακυμάνσεις στα κύτταρα των μη-σεμινωματωδών όγκων. Στους μη-σεμινωματώδεις όγκους αναγνωρίστηκαν περιπτώσεις ασθενών με ασθενέστερη έκφραση της syndecan-4 στα κύτταρα του όγκου. Η ελαττωμένη παρουσία της syndecan-4 στα κύτταρα των μη-σεμινωματωδών όγκων συσχετίστηκε με την παρουσία λεμφαδενικών μεταστάσεων, αγγειακής και λεμφαγγειακής διήθησης και με το στάδιο της νόσου στους ασθενείς. Επιπλέον, η syndecan-4 εντοπίστηκε στο ινώδες στρώμα και στα στρωματικά κύτταρα στους σεμινωματώδεις και μη-σεμινωματώδεις όγκους. Η παρουσία της syndecan-4 στο στρώμα συσχετίστηκε με την παρουσία λεμφαδενικών μεταστάσεων, αγγειακών και λεμφαγγειακών διηθήσεων και το στάδιο της νόσου μόνο στα σεμινώματα. Η έκφραση της syndecan-4, στο στρώμα κακοήθων όγκων, αναδεικνύεται για πρώτη φορά σε αυτή τη μελέτη και συσχετίζεται με τον αυξημένο αριθμό αγγείων στο στρώμα των όγκων όρχεων. Η μελέτη του υποδοχέα CD44 στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε με ανοσοϊστοχημεία χρησιμοποιώντας το πολυκλωνικό αντίσωμα Η-300 που αναγνωρίζει την κύρια ισομορφή CD44s. Διαπιστώθηκε ότι η πρωτεΐνη του CD44 δεν εκφράζεται από τα φυσιολογικά κύτταρα των σπερματικών σωληναρίων των όρχεων. Επίσης, δεν παρατηρήθηκε χρώση για τον CD44 στο διάμεσο συνδετικό ιστό, στα μεσολοβιώδη διαφράγματα που περιβάλλουν τα σπερματικά σωληνάρια των όρχεων. Ο CD44 βρέθηκε ότι εκφράζεται στα κύτταρα του όγκου στο 27% των ασθενών με σεμινώματα και στο 36.8% των ασθενών με μη-σεμινωματώδεις όγκους. Επίσης, βρέθηκε ότι ο CD44 εκφράζεται στο στρώμα του όγκου στο 48.5% των ασθενών με σεμινώματα και στο 26.3% των ασθενών με μη-σεμινωματώδεις όγκους. Η έκφραση του CD44 στα κύτταρα του όγκου και στο στρώμα συσχετίστηκε με το μέγεθος του όγκου, την παρουσία μεταστάσεων σε λεμφαδένες, τη διήθηση αγγείων και λεμφαγγείων και το προχωρημένο στάδιο της νόσου μόνο στους ασθενείς με σεμινώματα. Δεν παρατηρήθηκε καμία συσχέτιση της παρουσίας του CD44 στους μη-σεμινωματώδεις όγκους με τα κλινικοπαθολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών. Η παρουσία του CD44 στα κύτταρα και τον ECM του στρώματος των όγκων συσχετίστηκε με αυξημένο αριθμό αγγείων, εύρημα που προτείνει ότι ο υποδοχέας εμπλέκεται στη νεοαγγειογένεση. Τα ευρήματα της διδακτορικής διατριβής προτείνουν ότι οι PGs versican, syndecan-4 και CD44 εμπλέκονται στην εξέλιξη των όγκων όρχεων και μπορούν να αποτελέσουν προγνωστικούς δείκτες. Για να τεκμηριωθεί η κλινική χρησιμότητα της έκφρασής τους σε όγκους όρχεων που προέρχονται από βλαστικά κύτταρα απαιτείται περαιτέρω έρευνα σε μεγαλύτερο αριθμό δειγμάτων. / Testicular tumors present in men aged 15-35 years with increasing incidence in the last 40 years. Approximately 95% of these tumors arise from germ cells. Although most of these tumors are aggressive with rapid growth and spread, the chemotherapy is very efficient and the mortality has been markedly reduced. Prognosis is a challenging issue and the role of various biological markers has been investigated in order to elucidate the mechanisms of the development and progression of the disease. Tumor and stromal cells are implicated in the remodeling of the ECM that facilitates the growth, motility and invasion of tumor cells. PGs are bioactive molecules and their expression is markedly affected in the microenvironment of the tumor. Alterations in the expression of PGs by tumor and stromal cells modulate various signaling pathways in tumor cells affecting tumor cell growth and survival, adhesion and migration as well as neoangiogenesis. The aim of the present thesis was to study the distribution of matrix secreted PGs, versican and decorin as well as that of cell surface associated PGs, syndecan-4 and CD44 and to investigate the possible association of their expression with the biological behavior in testicular germ cell tumors. Their expression and localization was studied performing immunohistochemistry in archive material in 71 patients with seminomatous and non-seminomatous germ cell tumors and the results were confirmed by western blots and study of the gene expression in limited number of tissue from patients. The presence of PGs was correlated with the clinicopathological variables of the patients and with the number of microvessels present in the tissues. The study revealed that versican and decorin present in small amounts in the interstitial connective tissue in the interlobular septa surrounding the seminiferous tubules and are markedly increased in the peritumoral and sometimes in intratumoral stroma in seminomas and non seminomatous tumors. Non seminomatous tumors exhibited increased staining for versican as compared to seminomas, whereas decorin is almost equally distributed in both types of testicular germ cell tumors. The increased accumulation of decorin in the tumor stroma was not correlated with any clinicopathological variable of the patients. In contrast, the accumulation of versican in both seminomas and non-seminomatous tumors was correlated with the presence of lymphatic and vascular invasion, the size of the tumor (only in non-seminomatous tumors), the presence of metastases in lymph nodes, the presence of distant metastases (evaluated only in non-seminomas) and the stage of the disease. Furthermore, the accumulation of versican in tumor stroma of testicular germ cell tumors was correlated with the increased number of microvessels in the tissues. The study of transmembrane PG syndecan-4 revealed that it was expressed by germ cells in the seminiferous tubules in normal tissue. Syndecan-4 presents both in the cytoplasm and the cell membrane of the cells. The interstitial connective tissue in the interlobular septa surrounding the seminiferous tubules was negative for the presence of syndecan-4. Both seminomas and non-seminomatous tumors exhibit increased expression of syndecan-4 and the highest expression of syndecan-4 is detected in seminomas. The increased expression of syndecan-4 in tumor cells in seminomas was confirmed by immunohistochemistry, whereas its expression was varied considerably in tumor cells among non-seminomas. Some cases in non-seminomatous tumors demonstrated with lower expression of syndecan-4 in tumor cells. The weaker expression of syndecan-4 in tumor cells was correlated with the presence of lymph node metastases, the presence of vascular and lymphatic invasion and the stage of the disease in the patients with non-seminomatous tumors. Furthermore, the presence of syndecan-4 in the stroma and in the stromal cells was demonstrated in both types of testicular germ cell tumors. The stromal presence of syndecan-4 was correlated with the presence of lymph node metastases, the presence of vascular and lymphatic invasion and the stage of the disease only in seminomas. The stromal staining of syndecan-4 is demonstrated for first time and it correlates with the increased number of microvessels present in testicular germ cell tumors. The study of CD44 in this thesis was conducted by immunohistochemistry using the polyclonal antibody H-300 that recognizes the main isoform CD44s. Our data indicate that CD44 is not expressed by germ cells present in the seminiferous tubules or the connective tissue in the normal testis. CD44 was found to be expressed in 27% and 36.8% of patients with seminomas and non-seminomas, respectively. Furthermore, CD44 was found in the stromal cells and / or stroma in 48.5% and 26.3% of patients with seminomas and non-seminomas, respectively. The expression of CD44 in the tumor cells as well as the presence of CD44 in stromal cells and / or stroma was correlated with the tumor size, the presence of lymph node metastases, the presence of vascular and lymphatic invasion and the stage of the disease only in seminomas. Nor the presence of CD44 in tumor cells neither the stromal staining of CD44 was correlated with any clinicopathological variable examined in non-seminomatous tumors. Overall the stromal staining of CD44 in testicular germ cell tumors was correlated with the neoangiogenesis, suggesting the implication of CD44 in the formation of new blood vessels. The data of this thesis suggest that versican, syndecan-4 and CD44 are implicated in the development of testicular germ cell tumors and may serve as prognostic biological markers. Further studies in a larger number of patients should be performed to determine the clinical utility of the expression of these PGs in testicular tumors.

A matriz extracelular apresenta importante papel na fisiologia da fonação sendo necessário o conhecimento de seus componentes. Poucos estudos sobre os componentes da matriz em fetos e a ausência de relatos do versican nesta faixa etária, bem como a necessidade de aprofundar os conhecimentos sobre os componentes da matriz em adultos, resultaram na elaboração deste estudo. Analisar a presença e distribuição do colágeno tipo I, colágeno tipo III e proteoglicano versican na lâmina própria da prega vocal de laringes fetais e adultas é o objetivo do estudo. No grupo fetal foram estudadas 7 laringes obtidas de cadáveres variando de 28 a 36 semanas de idade gestacional. No grupo adulto foram estudadas 20 laringes, 10 do sexo masculino, com média de idade de 66 anos, e 10 do sexo feminino com média de idade de 70 anos, com idades pareadas. Utilizou-se método imunoistoquímico para avaliar a expressão do versican no grupo fetal e adulto. Para a avaliação das fibras colágenas utilizou-se o método da Picrosirius polarização no grupo fetal e imunoistoquímico no grupo adulto. A quantificação das fibras colágenas e do versican foi realizada por meio de análise digital de imagens. Os resultados do grupo fetal mostraram uma distribuição homogênea das fibras colágenas formando uma estrutura monolaminar com um entrelaçamento entre as fibras denominado arranjo em cesta de vime; em relação ao versican, este apresentou uma densidade maior na camada superficial e intermediária da lâmina própria. Os resultados do grupo adulto mostraram uma menor densidade de colágeno tipo I na camada intermediária quando comparado à camada superficial (p<0.001) e camada profunda (p=0.005). O colágeno tipo III apresentou distribuição mais homogênea nas camadas da lâmina própria, com uma densidade estatisticamente menor na camada intermediária quando comparada à camada profunda (p=0.001), mas sem diferença estatística na camada superficial. O versican apresentou densidade menor na camada superficial quando comparado à camada intermediária (p=0.036) e camada profunda (p=0.013). Houve menor densidade de versican nas mulheres quando comparado aos homens, percebida apenas na camada superficial. Quando todas as camadas foram consideradas conjuntamente houve uma correlação positiva entre a densidade de versican e colágeno tipo III (r=0.57; p=0.010). Este estudo mostrou as diferenças na distribuição dos componentes da matriz nas camadas da lâmina própria em dois grupos etários proporcionando uma discussão sobre as implicações destes achados na fisiologia vocal e sugerindo que as estruturas glóticas já estariam preparadas para a vocalização ao nascimento / Extracellular matrix has an important rule in the vocal fold physiology and the knowledge about your components is necessary. Fewer studies about matrix extracellular and no studies about versican in fetuses, and the necessity to improve the knowledge about extracellular matrix components in adults group came us to the elaboration of this study that has the objective to analyze the presence and distribution of collagen type I, type III and versican in human vocal fold lamina propria of fetal and adult larynges. Seven fetal larynges obtained from 28- to 36- week-old cadaveric fetuses were studied. Twenty larynges were obtained from adults (10 males and 10 females). Mean age of males was 66 and 70 from females, without significant statistical difference between groups. For the analysis of versican expression, immunohistochemical reactions were carried out in fetal and adult group. The larynges were analyzed through Picrosirius polarization method and immunohistochemistry to visualize the collagen fibers, in fetal and adult group respectively. Collagen fibers and proteoglycan were quantified using a digital image analysis system. In fetuses, the collagen fibers system exhibited homogeneous distribution pattern in a monolaminar layer and spatial arrangement as in a wicker basket; predominance of versican distribution was found out on the superficial and intermediate layer of vocal fold lamina propria. In adult group, there was a lower collagen type I density in the intermediate layer when compared to the superficial (p<0.001) and the deep layers (p=0.005). Collagen type III presented a lower density in the intermediate layer when compared to the deep layer (p=0.001) but without differences in the superficial layer. There was a lower versican density in the superficial layer when compared to the intermediate layer (p=0.036) and deep layer (p=0.013). There was a lower versican density in the lamina propria of females when compared with males. The difference was noted in the superficial layer only. When all layers are considered together there was a positive correlation between versican and collagen type III densities (r=0.57; p=0.010). This study shows the differences in the extracellular matrix components distribution in lamina propria vocal folds in fetal and adult group permitting a discussion about the implications in vocal fold physiology and suggesting that laryngeal structures will be prepared to vocalization at birth

Οι καρκίνοι του γαστρεντερικού συστήματος είναι από τους πιο συνηθισμένους τύπους καρκίνου στον αναπτυγμένο κόσμο. Ο καρκίνος του παχέος εντέρου είναι εκείνος με τη μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης, αλλά αντιμετωπίζεται με αρκετά καλή πρόγνωση. Αντίθετα, ο καρκίνος του παγκρέατος είναι εκείνος με τη χειρότερη πρόγνωση και πολλές φορές δεν αντιμετωπίζεται. Τα τελευταία χρόνια αναπτύσσεται εκτεταμένη έρευνα στα εξωκυττάρια μακρομόρια των καρκινικών ιστών και στο ρόλο τους στην ανάπτυξη και εξέλιξη του καρκίνου, όπως επίσης και στις δυνατότητες επηρεασμού των παραγόντων αυτών φαρμακευτικά. Η παρούσα Διατριβή έχει δύο στόχους, ο πρώτος σχετίζεται με τη μελέτη των εξωκυττάριων πρωτεογλυκανών στον καρκίνο του παγκρέατος και ο δεύτερος με τη μελέτη του μεταβολισμού του υαλουρονικού οξέος στον καρκίνο του παχέος εντέρου μέσω της μελέτης των βιοσυνθετικών και καταβολικών του ενζύμων. Ο πρώτος στόχος διερευνήθηκε με συνδυασμό βιοχημικών και ανοσοϊστοχημικών τεχνικών, από τα αποτελέσματα των οποίων διαπιστώθηκε ότι μόνο δύο πρωτεογλυκανικά μόρια ανευρίσκονται στο παγκρεατικό καρκίνωμα, η versican και η decorin. Και οι δύο πρωτεογλυκάνες εντοπίστηκαν στο στρώμα και απουσίαζαν πλήρως από τα καρκινικά κύτταρα, γεγονός που υποστηρίζει ότι παράγονται από τις ινοβλάστες του στρώματος. Ήταν σημαντική η αύξηση των ποσοτήτων των δύο πρωτεογλυκανών στο παγκρεατικό καρκίνωμα, σε σχέση με το φυσιολογικό πάγκρεας και μεγάλη η διαφορά που εμφάνιζαν μεταξύ τους. Η versican αυξήθηκε 27 φορές και η decorin 7 φορές, σε σχέση με το φυσιολογικό πάγκρεας. Η μεγαλύτερη αύξηση της versican σχετίζεται με τις ιδιότητες της πρωτεογλυκάνης, τόσο δομικές, ενυδατικές, χωροπληρωτικές, όσο και λειτουργικές, εφ’ όσον πρόκειται για πολυλειτουργικό μόριο. Επί πλέον, η versican συμβάλλει στην κατακόρυφη αύξηση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, ενώ παράλληλα συμβάλλει και στις αντι-προσκολλητικές ιδιότητες των κυττάρων, παρέχοντας τη δυνατότητα για υπέρμετρη, και πολλές φορές ανεξέλεκτη, κυτταρική ανάπτυξη σε τοπικό επίπεδο. Το γεγονός της χαμηλότερης αύξησης της συγκέντρωσης της decorin, σε σχέση με εκείνη της versican, θα μπορούσε να αποτελεί ένα μέτρο της επιθετικότητας του καρκίνου ή ακόμα, ένα μέτρο της κακοήθειας. Η αύξηση των πρωτεογλυκανών συνοδευόταν από σημαντικότατες αλλαγές στη βιοχημική δομή τους σε επίπεδο υδροδυναμικού μεγέθους, βαθμού και προτύπου θείωσης, όπως επίσης και επιμερίωσης του γλυκουρονικού σε ιδουρονικό. Οι αλλαγές αυτές θα μπορούσε να οφείλονται σε πολλαπλές αλλοιώσεις των βιοσυνθετικών μονοπατιών τους. Ο δεύτερος στόχος διερευνήθηκε με συνδυασμό ενζυμολογικών, ανοσοενζυμικών και μοριακών τεχνικών, από τα αποτελέσματα των οποίων διαπιστώθηκε σε όλα τα δείγματα η παρουσία των ισομορφών υαλουρονιδάσης Hyal1 και ΡΗ20, και σε πολλαπλές μορφές, αλλά και των Hyal2 και Hyal3, όμως μόνο σε προχωρημένο στάδιο, ως επίσης και η παρουσία των τριών συνθασών του υαλουρονικού. Παρατηρήθηκε σημαντική μεταβολή της έκφρασης με το καρκινικό στάδιο. Η Hyal1 εκφραζόταν σε πολύ χαμηλά επίπεδα σε μακροσκοπικώς φυσιολογικά δείγματα παχέος εντέρου με καρκίνο σταδίου Α, όμως η έκφρασή της ήταν πάνω από δέκα φορές μεγαλύτερη στα αντίστοιχα καρκινικά, υποστηρίζοντας ότι η Hyal1 παράγεται από τα καρκινικά κύτταρα. Το γεγονός ότι η έκφραση της Hyal1 στα καρκινικά δείγματα εμφάνιζε σταδιο-εξαρτώμενη μείωση, σε συνδυασμό με το δεδομένο ότι η δράση της οδηγεί στην παραγωγή αγγειογενετικών θραυσμάτων υαλουρονικού, έρχεται σε συμφωνία με το δεδομένο ότι η διαδικασία της αγγειογένεσης απαιτείται κυρίως στα αρχικά στάδια της καρκινικής εξαλλαγής. Από την άλλη πλευρά, η ΡΗ20 εμφάνιζε υψηλότερη έκφραση, σε σχέση με την Hyal1, στα μακροσκοπικώς φυσιολογικά δείγματα σταδίου Α, η οποία όμως αυξανόταν τέσσερις φορές στα αντίστοιχα καρκινικά, υποδεικνύοντας και τη δική της συμμετοχή στη 10 διαδικασία της αγγειογένεσης. Στα επόμενα στάδια υπήρχε μεν αύξηση στην έκφραση της ΡΗ20, αυτή όμως ήταν μικρή, και πιθανόν να λειτουργεί με σκοπό την ακόμα μεγαλύτερη αποικοδόμηση του υαλουρονικού ώστε να χαλαρώσει η δομή του εξωκυττάριου χώρου και να δοθεί η δυνατότητα ανάπτυξης του καρκίνου ή μετάστασης των καρκινικών κυττάρων. Παράλληλα, διαπιστώθηκε μικρή αύξηση της έκφρασης της ΡΗ20 στα μακροσκοπικώς φυσιολογικά δείγματα σταδίου Β και πολύ μεγαλύτερη σε εκείνα σταδίου C. Από τον έλεγχο της έκφρασης των συνθασών του υαλουρονικού διαπιστώθηκε ότι υπάρχει σημαντική σταδιο-εξαρτώμενη αύξηση της HAS1, η οποία οδηγεί στη βιοσύνθεση υαλουρονικού μεγάλου μοριακού μεγέθους, υποστηρίζοντας ότι ο καρκίνος συντονίζει την παραγωγή υαλουρονικού με μέγεθος τέτοιο που, σύμφωνα με τις χωροπληρωτικές και ενυδατικές του ιδιότητες, μπορεί να βοηθήσει την ενυδάτωση του εξωκυττάριου χώρου και την κυτταρική ανάπτυξη. Από την άλλη πλευρά, η HAS2 εμφάνιζε μικρή σταδιο-εξαρτώμενη αύξηση, μόνο στα καρκινικά δείγματα, η οποία μπορεί να οδηγήσει στη βιοσύνθεση μεγαλομοριακού υαλουρονικού, που απαιτείται για τη σωστή και οργανωμένη ανάπτυξη του καρκινικού όγκου. Τέλος, η HAS3 εμφάνιζε μικρή σταδιο-εξαρτώμενη μείωση, υποδηλώνοντας ότι η παρουσία της είναι απαραίτητη σε σχεδόν σταθερό βαθμό για την ανάπτυξη και εξέλιξη του καρκίνου και τούτο γιατί το προϊόν της είναι μικρότερου μοριακού μεγέθους σε σχέση με τις υπόλοιπες συνθάσες. Αυτό εξ άλλου υποστηρίζεται και από το γεγονός ότι η HAS3 εμφανίζει τη μεγαλύτερη έκφραση σε σχέση με τις άλλες συνθάσες σε δείγματα σταδίου Α, στάδιο που είναι κρίσιμο για την αγγειογένεση και την υποβοήθηση της διατροφής των καρκινικών κυττάρων. Συμπερασματικά, γίνεται φανερό ότι τα καρκινικά κύτταρα συνδυάζουν πολλούς μηχανισμούς για την ανάπτυξη, τη διήθηση και την επέκταση του καρκίνου και τα εξωκυττάρια μακρομόρια μπορεί να έχουν κομβικό ρόλο σ’ αυτούς. Οι μηχανισμοί αυτοί, όπως μελετήθηκαν στην παρούσα διατριβή, είναι: ελεγχόμενη αύξηση της συγκέντρωσης των πρωτεογλυκανών versican και decorin, εξειδικευμένες τροποποιήσεις στη βιοχημική δομή των γλυκοζαμινογλυκανών, ελεγχόμενη έκφραση των βιοσυνθετικών και καταβολικών ενζύμων του υαλουρονικού. Όλες αυτές οι μεταβολές συντονίζονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να εξυπηρετήσουν τις απαιτήσεις του καρκίνου είτε στο επίπεδο της αγγειογένεσης είτε στο επίπεδο της οργάνωσης του εξωκυττάριου χώρου. Οι μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να προσανατολιστούν ακόμα περισσότερο στη συσχέτιση χημικής δομής και λειτουργικότητας των αλυσίδων θειικής χονδροϊτίνης/δερματάνης, ώστε να γίνουν πλήρως αντιληπτοί οι ρόλοι αυτών των μακρομορίων, όπως επίσης στους ρυθμιστικούς μηχανισμούς που ελέγχουν την έκφραση των ενζύμων του μεταβολισμού του υαλουρονικού, με απώτερο στόχο την ειδικότερη και πληρέστερη φαρμακευτική αντιμετώπιση του καρκίνου. / Cancers of gastrointestinal tract are the most common type of cancers in developed world. Colorectal cancer has the highest incidence, however it is treated with rather good prognosis. On the other hand, pancreatic cancer has very bad prognosis and in most cases it cannot be treated. The last years extended research focused to the extracellular macromolecules of cancer, their role in cancer progression and their possible use as drug targets. The present Thesis aimed to study the extracellular proteoglycans structure in pancreatic cancer and the hyaluronan metabolism in colorectal cancer. The first was investigated by using a combination of biochemical and immunohistochemical techniques, and from their results it was found that two extracellular proteoglycans were present in pancreatic carcinoma, versican and decorin. Both proteoglycans were detected in the stroma and were absent from cancer cells, suggesting their biosynthesis from normal fibroblasts. In addition, their amounts were highly increased in pancreatic carcinoma, as compared with normal pancreas. Their increase in cancer was disproportional. Versican was increased 27 times and decorin 7 times, as compared with normal pancreas. Versican increase is related to its structural, hydration and space-filling properties, as well as to its function, since it is a multifunctional macromolecule. Versican enhances cell proliferation, and together with its anti-adhesive properties, allows mainly uncontrolled cellular growth locally. The lower increase of decorin, as compared with that of versican, could explain aggressiveness and malignancy of pancreatic cancer. Proteoglycans increase was followed by extensive alterations in their biochemical structure, namely, hydrodynamic size, sulphation pattern, and epimerization of glucuronate to iduronate. These should be attributed to multiple alterations of their biosynthetic pathways. The second was investigated by using a combination of enzymatic, immunoenzymatic and molecular techniques, and from their results it was found that multiple forms of Hyal1 and PH20 were present in all samples, as well as all hyaluronan synthases (HASs). Hyal2 and Hyal3 were present in some samples of advanced stage of cancer. Changes in expression with cancer stage were observed. Hyal1 expressed in low levels in apparently macroscopically normal parts of stage A samples, and its expression was 10 times greater in the respective cancerous. This finding suggested that Hyal1 is produced from cancer cells. Hyal1 expresssion showed a stage-related decrease and since its activity results to hyaluronan fragments of angiogenetic size, it could be concluded that Hyal1 is required at early stage of cancer. PH20 expressed in a higher rate than Hyal1 in apparently macroscopically normal parts of stage A samples, and its expression was 4 times greater in the respective cancerous, suggesting its participation in angiogenesis. In advanced stages, PH20 expression was slightly increased, suggesting its participation in extracellular matrix disorganization to permit cancer growth and progression, as well as metastasis. This was also observed in apparently macroscopically normal parts of samples of advanced stages. From the examination of the expression of the various HASs, a great and stage-related increase of HAS1 was found. This enzyme is responsible for the biosynthesis of hyaluronan of very high molecular size and thus it could be suggested that cancer regulates hyaluronan biosynthesis in such a way to fulfill cancer requirements in matrix hydration. HAS2 expression was also increased in a stage-related order only in cancerous samples, but the increase was lower than that of HAS1. This enzyme is responsible for the biosynthesis of hyaluronan of high molecular size which might be required for well-organized cancer growth. HAS3 expression was slightly decreased in a stage-related order, suggesting that its presence is stably required for the correct cancer growth and progression, since its biosynthetic product is of lower hydrodynamic size, as compared with that of HAS1 and 12 HAS2. Moreover, HAS3 expression was higher than that of both other HASs in samples of stage A, a stage very critical for angiogenesis. From the results obtained, it could be concluded that cancer cells combine a variety of multiple mechanisms for cancer growth, progression and invasion, and that extracellular macromolecules might play a very critical role. The mechanisms, as studied in the present Thesis, are: selective and highly regulated increase of the proteoglycans versican and decorin, selective modifications of glycosaminoglycans biochemical structure, selective and highly regulated expression of biosynthetic and catabolic enzymes related to hyaluronan. All these changes coordinate to fulfill cancer requirements for either angiogenesis or extracellular matrix organization, depending on its stage. Future studies will be oriented to chondroitin/dermatan sulphate structure/function relationship for better understanding of the role of these macromolecules in cancer, and of the regulatory mechanisms implicated in the expression of the enzymes involved in hyaluronan metabolism, aiming at the cancer treatment.