nach oben

Erschienen in:

01.12.2013 | Translational Research and Biomarkers

Increased Expression of ABCB6 Enhances Protoporphyrin IX Accumulation and Photodynamic Effect in Human Glioma

verfasst von: Shi-Guang Zhao, MD, PhD, Xiao-Feng Chen, MD, PhD, Li-Gang Wang, MD, PhD, Guang Yang, MD, PhD, Da-Yong Han, MD, Lei Teng, MD PhD, Ming-Chun Yang, MD, PhD, Da-Yong Wang, MD, Chen Shi, BSc, Yao-Hua Liu, MD, PhD, Bing-Jie Zheng, MD, PhD, Chang-Bin Shi, MD, PhD, Xu Gao, MD, PhD, Nikolai G. Rainov, MD, PhD

Erschienen in: Annals of Surgical Oncology | Ausgabe 13/2013

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Abstract

Background

Glioma recurrence usually occurs close to the tumor resection margins as a result of residual infiltrating glioma cells. 5-aminolevulinic acid (ALA) fluorescence-guided resection of gliomas has been demonstrated to enhance discrimination of tumor tissue and to improve survival. ALA-based photodynamic therapy is an effective albeit still experimental adjuvant treatment option for gliomas. However, insufficient protoporphyrin IX (PpIX) accumulation may limit the benefits of fluorescence-guided resection and photodynamic therapy.

Methods

We investigated the expression of the ATP-binding cassette transporter ABCB6, which regulates porphyrin synthesis, in surgical specimens from human gliomas and manipulated ABCB6 in human glioma cell lines.

Results

Our findings demonstrated that expression levels of ABCB6 were greatly elevated in human gliomas compared with normal brain tissues and correlated with World Health Organization histologic grade. A previously undescribed finding was that ABCB6 mRNA expression in solidly fluorescing tumor tissues was higher than that in vaguely fluorescing tumors, suggesting that ABCB6 may be at least in part responsible for PpIX accumulation in glioma cells. Accordingly, ABCB6 overexpression in glioma cell lines caused a marked increase in intracellular levels of PpIX, and was more sensitive to ALA-induced photodynamic therapy—events that could be prevented by silencing ABCB6 via siRNA treatment.

Conclusions

Our findings indicate a crucial role of ABCB6 in ALA metabolism and accumulation of PpIX in glioma. ABCB6 overexpression is a potential approach to enhance accumulation of PpIX for optimizing the subjective discrimination of vague fluorescence and improving the efficacy of ALA-based photodynamic therapy.

Nur mit Berechtigung zugänglich

Stupp R, Mason WP, van den Bent MJ, Weller M, Fisher B, Taphoorn MJ, et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. N Engl J Med. 2005;352:987–96.PubMedCrossRef

Lacroix M, Abi-Said D, Fourney DR, Gokaslan ZL, Shi W, DeMonte F, et al. A multivariate analysis of 416 patients with glioblastoma multiforme: prognosis, extent of resection, and survival. J Neurosurg. 2001;95:190–8.PubMedCrossRef

Sanai N, Berger MS. Glioma extent of resection and its impact on patient outcome. Neurosurgery. 2008;62:753–64.PubMedCrossRef

Wallner KE, Galicich JH, Krol G, Arbit E, Malkin MG. Patterns of failure following treatment for glioblastoma multiforme and anaplastic astrocytoma. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1989;16:1405–9.PubMedCrossRef

Aydin H, Sillenberg I, von Lieven H. Patterns of failure following CT-based 3-D irradiation for malignant glioma. Strahlenther Onkol. 2001;177:424–31.PubMedCrossRef

Stummer W, Stocker S, Wagner S, Stepp H, Fritsch C, Goetz C, et al. Intraoperative detection of malignant gliomas by 5-aminolevulinic acid-induced porphyrin fluorescence. Neurosurgery. 1998;42:518–25.PubMedCrossRef

Stummer W, Stocker S, Novotny A, Heimann A, Sauer O, Kempski O, et al. In vitro and in vivo porphyrin accumulation by C6 glioma cells after exposure to 5-aminolevulinic acid. J Photochem Photobiol B. 1998;45:160–9.PubMedCrossRef

Stummer W, Stepp H, Moller G, Ehrhardt A, Leonhard M, Reulen HJ. Technical principles for protoporphyrin-IX-fluorescence guided microsurgical resection of malignant glioma tissue. Acta Neurochir (Wien). 1998;140:995–1000.PubMedCrossRef

Stummer W, Novotny A, Stepp H, Goetz C, Bise K, Reulen HJ. Fluorescence-guided resection of glioblastoma multiforme by using 5-aminolevulinic acid-induced porphyrins: a prospective study in 52 consecutive patients. J Neurosurg. 2000;93:1003–13.PubMedCrossRef

10.

Stummer W, Pichlmeier U, Meinel T, Wiestler OD, Zanella F, Reulen HJ. Fluorescence-guided surgery with 5-aminolevulinic acid for resection of malignant glioma: a randomised controlled multicentre phase III trial. Lancet Oncol. 2006;7:392–401.PubMedCrossRef

11.

Wu SM, Ren QG, Zhou MO, Peng Q, Chen JY. Protoporphyrin IX production and its photodynamic effects on glioma cells, neuroblastoma cells and normal cerebellar granule cells in vitro with 5-aminolevulinic acid and its hexylester. Cancer Lett. 2003;200:123–31.PubMedCrossRef

12.

Utsuki S, Oka H, Sato S, Shimizu S, Suzuki S, Tanizaki Y, et al. Possibility of using laser spectroscopy for the intraoperative detection of nonfluorescing brain tumors and the boundaries of brain tumor infiltrates. J Neurosurg. 2006;104:618–20.PubMedCrossRef

13.

Hefti M, von Campe G, Moschopulos M, Siegner A, Looser H, Landolt H. 5-Aminolevulinic acid induced protoporphyrin IX fluorescence in high-grade glioma surgery: a one-year experience at a single institution. Swiss Med Wkly. 2008;138:180–5.PubMed

14.

Madsen SJ, Angell-Petersen E, Spetalen S, Carper SW, Ziegler SA, Hirschberg H. Photodynamic therapy of newly implanted glioma cells in the rat brain. Lasers Surg Med. 2006;38:540–8.PubMedCrossRef

15.

Norum OJ, Selbo PK, Weyergang A, Giercksky KE, Berg K. Photochemical internalization (PCI) in cancer therapy: from bench towards bedside medicine. J Photochem Photobiol B. 2009;96:83–92.PubMedCrossRef

16.

Krishnamurthy PC, Du G, Fukuda Y, Sun D, Sampath J, Mercer KE, et al. Identification of a mammalian mitochondrial porphyrin transporter. Nature. 2006;443:586–9.PubMedCrossRef

17.

Liu Y, Zhang X, Liang Y, Yu H, Chen X, Zheng T, et al. Targeting X box-binding protein-1 (XBP1) enhances sensitivity of glioma cells to oxidative stress. Neuropathol Appl Neurobiol. 2011;37:395–405.PubMedCrossRef

18.

Smits T, Robles CA, van Erp PE, van de Kerkhof PC, Gerritsen MJ. Correlation between macroscopic fluorescence and protoporphyrin IX content in psoriasis and actinic keratosis following application of aminolevulinic acid. J Invest Dermatol. 2005;125:833–9.PubMedCrossRef

19.

Smits T, van Laarhoven AI, Staassen A, van de Kerkhof PC, van Erp PE, Gerritsen MJ. Induction of protoporphyrin IX by aminolaevulinic acid in actinic keratosis, psoriasis and normal skin: preferential porphyrin enrichment in differentiated cells. Br J Dermatol. 2009;160:849–57.PubMedCrossRef

20.

Sinha AK, Anand S, Ortel BJ, Chang Y, Mai Z, Hasan T, et al. Methotrexate used in combination with aminolaevulinic acid for photodynamic killing of prostate cancer cells. Br J Cancer. 2006;95:485–95.PubMedCrossRef

21.

Wang H, Zhang SY, Wang S, Lu JA, Wu W, Weng L, et al. REV3L confers chemoresistance to cisplatin in human gliomas: the potential of its RNAi for synergistic therapy. Neurooncology. 2009;11:790–802.

22.

Yang J, Xia Y, Liu X, Jiang S, Xiong L. Desferrioxamine shows different potentials for enhancing 5-aminolaevulinic acid-based photodynamic therapy in several cutaneous cell lines. Lasers Med Sci. 2010;25:251–7.PubMedCrossRef

23.

Bourre L, Giuntini F, Eggleston IM, Wilson M, MacRobert AJ. 5-Aminolaevulinic acid peptide prodrugs enhance photosensitization for photodynamic therapy. Mol Cancer Ther. 2008;7:1720–9.PubMedCrossRef

24.

Teng L, Nakada M, Zhao SG, Endo Y, Furuyama N, Nambu E, et al. Silencing of ferrochelatase enhances 5-aminolevulinic acid-based fluorescence and photodynamic therapy efficacy. Br J Cancer. 2011;104:798–807.PubMedCrossRef

25.

Kemmner W, Wan K, Ruttinger S, Ebert B, Macdonald R, Klamm U, et al. Silencing of human ferrochelatase causes abundant protoporphyrin-IX accumulation in colon cancer. FASEB J. 2008;22:500–9.PubMedCrossRef

26.

Anand S, Honari G, Hasan T, Elson P, Maytin EV. Low-dose methotrexate enhances aminolevulinate-based photodynamic therapy in skin carcinoma cells in vitro and in vivo. Clin Cancer Res. 2009;15:3333–43.PubMedCrossRef

27.

Zhou S, Zong Y, Ney PA, Nair G, Stewart CF, Sorrentino BP. Increased expression of the Abcg2 transporter during erythroid maturation plays a role in decreasing cellular protoporphyrin IX levels. Blood. 2005;105:2571–6.PubMedCrossRef

28.

Heinemann IU, Jahn M, Jahn D. The biochemistry of heme biosynthesis. Arch Biochem Biophys. 2008;474:238–51.PubMedCrossRef

29.

Krishnamurthy P, Xie T, Schuetz JD. The role of transporters in cellular heme and porphyrin homeostasis. Pharmacol Ther. 2007;114:345–58.PubMedCrossRef

30.

Rebeiz N, Arkins S, Kelley KW, Rebeiz CA. Enhancement of coproporphyrinogen III transport into isolated transformed leukocyte mitochondria by ATP. Arch Biochem Biophys. 1996;333:475–81.PubMedCrossRef

31.

Koller ME. Studies on the uptake of porphyrin by isolated rat liver mitochondria with particular emphasis on the effect of hemin. FEBS Lett. 1979;100:47–51.PubMedCrossRef

32.

Paterson JK, Shukla S, Black CM, Tachiwada T, Garfield S, Wincovitch S, et al. Human ABCB6 localizes to both the outer mitochondrial membrane and the plasma membrane. Biochemistry. 2007;46:9443–52.PubMedCrossRef

33.

Hebeda KM, Saarnak AE, Olivo M, Sterenborg HJ, Wolbers JG. 5-Aminolevulinic acid induced endogenous porphyrin fluorescence in 9L and C6 brain tumours and in the normal rat brain. Acta Neurochir (Wien). 1998;140:503–12.PubMedCrossRef

34.

Buytaert E, Dewaele M, Agostinis P. Molecular effectors of multiple cell death pathways initiated by photodynamic therapy. Biochim Biophys Acta. 2007;1776:86–107.PubMed

35.

Madsen SJ, Mathews MS, Angell-Petersen E, Sun CH, Vo V, Sanchez R, et al. Motexafin gadolinium enhances the efficacy of aminolevulinic acid mediated–photodynamic therapy in human glioma spheroids. J Neurooncol. 2009;91:141–9.PubMedCrossRef

36.

Inoue H, Kajimoto Y, Shibata MA, Miyoshi N, Ogawa N, Miyatake S, et al. Massive apoptotic cell death of human glioma cells via a mitochondrial pathway following 5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy. J Neurooncol. 2007;83:223–31.PubMedCrossRef

37.

Karmakar S, Banik NL, Patel SJ, Ray SK. 5-Aminolevulinic acid-based photodynamic therapy suppressed survival factors and activated proteases for apoptosis in human glioblastoma U87MG cells. Neurosci Lett. 2007;415:242–7.PubMedCrossRef

Titel: Increased Expression of ABCB6 Enhances Protoporphyrin IX Accumulation and Photodynamic Effect in Human Glioma
verfasst von: Shi-Guang Zhao, MD, PhD
Xiao-Feng Chen, MD, PhD
Li-Gang Wang, MD, PhD
Guang Yang, MD, PhD
Da-Yong Han, MD
Lei Teng, MD PhD
Ming-Chun Yang, MD, PhD
Da-Yong Wang, MD
Chen Shi, BSc
Yao-Hua Liu, MD, PhD
Bing-Jie Zheng, MD, PhD
Chang-Bin Shi, MD, PhD
Xu Gao, MD, PhD
Nikolai G. Rainov, MD, PhD
Publikationsdatum: 01.12.2013
Verlag: Springer US
Erschienen in: Annals of Surgical Oncology / Ausgabe 13/2013
Print ISSN: 1068-9265
Elektronische ISSN: 1534-4681
DOI: https://doi.org/10.1245/s10434-011-2201-6

Neu im Fachgebiet Chirurgie

Wie erfolgreich ist eine Re-Ablation nach Rezidiv?

23.04.2024 Ablationstherapie Nachrichten

Nach der Katheterablation von Vorhofflimmern kommt es bei etwa einem Drittel der Patienten zu Rezidiven, meist binnen eines Jahres. Wie sich spätere Rückfälle auf die Erfolgschancen einer erneuten Ablation auswirken, haben Schweizer Kardiologen erforscht.

Hinter dieser Appendizitis steckte ein Erreger

23.04.2024 Appendizitis Nachrichten

Schmerzen im Unterbauch, aber sonst nicht viel, was auf eine Appendizitis hindeutete: Ein junger Mann hatte Glück, dass trotzdem eine Laparoskopie mit Appendektomie durchgeführt und der Wurmfortsatz histologisch untersucht wurde.

Mehr Schaden als Nutzen durch präoperatives Aussetzen von GLP-1-Agonisten?

23.04.2024 Operationsvorbereitung Nachrichten

Derzeit wird empfohlen, eine Therapie mit GLP-1-Rezeptoragonisten präoperativ zu unterbrechen. Eine neue Studie nährt jedoch Zweifel an der Notwendigkeit der Maßnahme.

Ureterstriktur: Innovative OP-Technik bewährt sich

19.04.2024 EAU 2024 Kongressbericht

Die Ureterstriktur ist eine relativ seltene Komplikation, trotzdem bedarf sie einer differenzierten Versorgung. In komplexen Fällen wird dies durch die roboterassistierte OP-Technik gewährleistet. Erste Resultate ermutigen.

Update Chirurgie

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.

Newsletter bestellen

Aktuelle BDC Leitlinien-Webinare

S3-Leitlinie „Diagnostik und Therapie des Karpaltunnelsyndroms“

Karpaltunnelsyndrom BDC Leitlinien Webinare

CME: 2 Punkte

Das Karpaltunnelsyndrom ist die häufigste Kompressionsneuropathie peripherer Nerven. Obwohl die Anamnese mit dem nächtlichen Einschlafen der Hand (Brachialgia parästhetica nocturna) sehr typisch ist, ist eine klinisch-neurologische Untersuchung und Elektroneurografie in manchen Fällen auch eine Neurosonografie erforderlich. Im Anfangsstadium sind konservative Maßnahmen (Handgelenksschiene, Ergotherapie) empfehlenswert. Bei nicht Ansprechen der konservativen Therapie oder Auftreten von neurologischen Ausfällen ist eine Dekompression des N. medianus am Karpaltunnel indiziert.

Prof. Dr. med. Gregor Antoniadis

S2e-Leitlinie „Distale Radiusfraktur“

Radiusfraktur BDC Leitlinien Webinare

CME: 2 Punkte

Das Webinar beschäftigt sich mit Fragen und Antworten zu Diagnostik und Klassifikation sowie Möglichkeiten des Ausschlusses von Zusatzverletzungen. Die Referenten erläutern, welche Frakturen konservativ behandelt werden können und wie. Das Webinar beantwortet die Frage nach aktuellen operativen Therapiekonzepten: Welcher Zugang, welches Osteosynthesematerial? Auf was muss bei der Nachbehandlung der distalen Radiusfraktur geachtet werden?

PD Dr. med. Oliver Pieske

Dr. med. Benjamin Meyknecht

S1-Leitlinie „Empfehlungen zur Therapie der akuten Appendizitis bei Erwachsenen“

Appendizitis BDC Leitlinien Webinare

CME: 2 Punkte

Inhalte des Webinars zur S1-Leitlinie „Empfehlungen zur Therapie der akuten Appendizitis bei Erwachsenen“ sind die Darstellung des Projektes und des Erstellungswegs zur S1-Leitlinie, die Erläuterung der klinischen Relevanz der Klassifikation EAES 2015, die wissenschaftliche Begründung der wichtigsten Empfehlungen und die Darstellung stadiengerechter Therapieoptionen.

Dr. med. Mihailo Andric

Springer Medizin

Abstract

Background

Methods

Results

Conclusions

Bitte loggen Sie sich ein, um Zugang zu diesem Inhalt zu erhalten

Weitere Artikel der Ausgabe 13/2013

Presentation, Management, and Outcomes of Hyperparathyroidism in Octogenarians and Nonagenarians

Neoadjuvant Radiotherapy for Rectal Cancer: Meta-analysis of Randomized Controlled Trials

Discordance Between Conventional and Detailed Lymph Node Analysis in Resected Biliary Carcinoma at or Above the Cystic Duct: Are We Understaging Patients?

Minimal Benefit to Subsequent Intraoperative Parathyroid Hormone Testing After All Four Glands Have Been Identified

Robotic Versus Laparoscopic Adrenalectomy for Pheochromocytoma

Borderline Resectable/Locally Advanced Pancreatic Adenocarcinoma: Improvements Needed in Population-Based Registries

Update Chirurgie