¹⁸F-FLT and ¹²⁵I-IdUrd uptake increase in human tumour cell lines induced by the thymidylate synthase inhibitor FdUrd

Summary

Aim: 5-fluoro-2′-deoxyuridine (FdUrd) depletes the endogenous 5′-deoxythymidine triphosphate (dTTP) pool. We hypothesized whether uptake of exogenous dThd analogues could be favoured through a feedback enhanced salvage pathway and studied the FdUrd effect on cellular uptake of 3′-deoxy-3′-¹⁸F-fluorothymidine (¹⁸F-FLT) and 5-¹²⁵I-iodo-2′-deoxyuridine (¹²⁵I-IdUrd) in different cancer cell lines in parallel. Methods: Cell uptake of ¹⁸F-FLT and ¹²⁵I-IdUrd was studied in 2 human breast, 2 colon cancer and 2 glioblastoma lines. Cells were incubated with/without 1 μmol/l FdUrd for 1 h and, after washing, with 1.2 MBq ¹⁸F-FLT or ¹²⁵I-IdUrd for 0.3 to 2 h. Cell bound ¹⁸F-FLT and ¹²⁵I-IdUrd was counted and expressed in % incubated activity (%IA). Kinetics of ¹⁸F-FLT cell uptake and release were studied with/without FdUrd modulation. 2′-³H-methyl-fluorothymidine (2′-³H-FLT) uptake with/without FdUrd pretreatment was tested on U87 spheroids and monolayer cells. Results: Basal uptake at 2 h of ¹⁸F-FLT and ¹²⁵I-IdUrd was in the range of 0.8–1.0 and 0.4–0.6 Bq/cell, respectively. FdUrd pretreatment enhanced ¹⁸F-FLT and ¹²⁵I-IdUrd uptake 1.2–2.1 and 1.7–4.4 fold, respectively, while co-incubation with excess thymidine abrogated all ¹⁸F-FLT uptake. FdUrd enhanced ¹⁸F-FLT cellular inflow in 2 breast cancer lines by factors of 1.8 and 1.6, respectively, while outflow persisted at a slightly lower rate. 2′-³H-FLT basal uptake was very low while uptake increase after FdUrd was similar in U87 monolayer cells and spheroids. Conclusions: Basal uptake of ¹⁸F-FLT was frequently higher than that of ¹²⁵I-IdUrd but FdUrd induced uptake enhancement was stronger for ¹²⁵I-IdUrd in five of six cell lines. ¹⁸F-FLT outflow from cells might be an explanation for the observed difference with ¹²⁵I-IdUrd.

Zusammenfassung

Ziel: 5-Fluor-2′-deoxyuridin (FdUrd) bewirkt eine Entleerung des endogenen 5′-Deoxythymidintriphosphat(dTTP)-Pools. Wir prüften unsere Hypothese nach der die Aufnahme von exogener Thymidin(dThd)-Analoga infolge des Rückkopplungs-gesteuerten Salvage-Stoffwechsels erhöht ist. Dazu verglichen wir bei verschiedenen Krebszelllinien den Effekt von FdUrd auf die Zellaufnahme von 3′-Deoxy-3′-¹⁸F-fluorthymidin (¹⁸F-FLT) mit dem von 5-¹²⁵I-Iod-2′-deoxyuridin (¹²⁵I-IdUrd). Methoden: Die ¹⁸F-FLT- und ¹²⁵I-IdUrd-Aufnahme wurde in je zwei humanen Brustkrebsen, Kolonkarzinomen und Glioblastomen studiert. Die Zellen wurden mit bzw. ohne 1 μmol/l FdUrd für 1 h vorbehandelt und nach Waschen mit 1,2 MBq ¹⁸F-FLT bzw. ¹²⁵I-IdUrd für 0,3 bis 2 h inkubiert. Zellgebundenes ¹⁸F-FLT und ¹²⁵I-IdUrd wurden gemessen und in % der inkubierten Aktivität (%IA) ausgedrückt. Die Kinetik der zellulären Aufnahme und Abgabe von ¹⁸F-FLT wurde mit und ohne FdUrd-Modulation gemessen. Die Aufnahme von 2′-³H-Methylfluorthymidin (2′-³H-FLT) mit und ohne FdUrd-Vorbehandlung wurde in U87-Spheroïden und Monolayer-Zellen verglichen. Ergebnisse: Nach 2 h lag die basale Aufnahme von ¹⁸F-FLT bei 0,8–1,0 Bq/Zelle und die von ¹²⁵I-IdUrd bei 0,4–0,6 Bq/Zelle. FdUrd- Vorbehandlung erhöhte die Aufnahme von ¹⁸F-FLT um den Faktor 1,2 bis 2,1 und die von ¹²⁵I-IdUrd um das 1,7- bis 4,4-Fache. Koinkubation mit einem Thymidinüberschuss verhinderte die Aufnahme von ¹⁸F-FLT völlig. FdUrd erhöhte die zelluläre Aufnahme von ¹⁸F-FLT in den beiden Brustkrebszelllinien um den Faktor 1,8 bzw. 1,6, während der Ausfluss auf geringfügig niedrigerem Niveau anhielt. Die basale Aufnahme vom 2′-³H-FLT war sehr niedrig und die Aufnahmesteigerung nach FdUrd war in U87-Monolayer-Zellen und Spheroiden ähnlich. Schlussfolgerung: Die basal gemessene Aufnahme von ¹⁸F-FLT in Zellen war meist höher als die von ¹²⁵I-IdUrd, aber die FdUrdinduzierte Aufnahmesteigerung war für ¹²⁵I-IdUrd bei fünf von sechs Zelllinien stärker. Als Erklärung für den beobachteten Unterschied zwischen ¹⁸F-FLT und ¹²⁵I-IdUrd kommt der zelluläre Ausfluss von ¹⁸F-FLT in Betracht.

Keywords

¹⁸F-FLT - ¹²⁵I-IdUrd - FdUrd - in vitro - cell uptake modulation

Schlüsselwörter

¹⁸F-FLT - ¹²⁵I-IdUrd - FdUrd - in vitro - Modulation der Zellaufnahme

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