Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Serum thymidine kinase 1 (TK1) activity is used as a tumor marker in disease monitoring in veterinary and human medicine. TK1, an intracellular enzyme, is involved in a salvage pathway of DNA precursor synthesis.
TK1 is used in DNA precursor production by catalyzing the transfer of the gamma-phosphate-group from a phosphate-donor to the 5´- hydroxyl-group of thymidine forming thymidine-monophosphate. Nucleoside monophosphosphates are finally converted into thymidine-triphosphates. TK1 activity significantly rises in the G1 and the S phase of the cell cycle. Thus, TK1 is found in dividing cells, and in the blood as an extracellular form of the enzyme.
Two different TK isoforms have been identified in animal cells, one in the cytosol (TK1) and the other in mitochondria (TK2). TK1 plays a key role in cell-division, as a step in the reaction chain to introduce thymidine in to DNA. Thymidine is degraded into smaller molecules and secreted. It is found in body fluids, as a result.
Due to the noticeable proliferative activity in tumor cells, TK1 enzyme activity is increased in this type of cells. Increased TK1 activity is a reflection of a high proportion of cells in S-phase of the cell-cycle. Since increased TK1 activity can be measured in serum, TK1 is a useful marker in diagnostics of neoplastic diseases. TK1 activity provides valuable information regarding disease prognosis and treatment results.
Increase in TK1 levels are considered to be a sensitive and valuable marker for not only cell proliferation but also malignancy monitoring in clinical medicine.
In addition, there are viruses able to induce TK production and elevated serum TK levels can be found in a variety of neoplasias as reported in clinical studies. Most of these studies concerned hematologic malignancies. E.g. TK1 is a valuable marker in non-Hodgkin's lymphoma. TK reflects clinical staging and provides noteworthy prognostic information.
In both veterinary and human medicine a radioactive based test (Thymidine kinase radio-enzymatic assay: TK-REA) is commercially available to assess TK1 serum activity. For example, it is used to determine TK1 serum activity in dogs. However, TK-REA requires handling of radioactive material and costs 500 kr (€ 58) per test, which limits its use in veterinary clinical diagnostics and disease monitoring. Antibodies have been used to measure the TK1 serum concentration. Analysis of this type has been successful in canine- and human- medicine and would be valuable to evaluate in feline-medicine.
Since TK1 serum has proven useful in canine- and human- medicine the hypothesis was that feline would be able to serve as a valuable biomarker in feline clinical medicine.
The aim of the study was to evaluate whether feline TK1 has the potential to become a valuable biomarker in feline clinical practice. In order to evaluate TK1 as a biomarker, the enzyme’s activity in serum was measured with [3H]-dThd phosphorylation assay and with the commercially available TK-REA assay. The results were compared. The study is a first step towards better understanding the feline TK1’s role in disease diagnostics, disease monitoring,
and as a proliferation biomarker in neoplastic diseases. Significant correlation was observed between the [3H]-dThd phosphorylation assay results and the commercially available TK-REA assay results. A correlation of 0.97 was found between the assay and the commercially available TK-REA measured activity. The [3H]-dThd phosphorylation assay showed a mean value of 2.04 pmol/min/mL in sera from cats with diseases, with a standard deviation of 2.07. The level of TK1 activity for healthy cats was not detectable, using a cut of value at 0.8 pmol/min/mL
Both assays show a significant increase in TK activity in cats with lymphoma, leukemia and cystitis versus clinically healthy cats, signifying that TK may serve as a future diagnostic tool in clinical practice. However, the discrepancy in activity level between a cat with lymphoma and a healthy cat was not as significant as that between a dog with lymphoma and a healthy dog.
In conclusion, a high TK serum activity level is greatly indicative of a hematopoietic neoplasia diagnosis, while there is a low predictability for cats with low TK serum activity level. The findings show that feline TK1 has the potential to become a valuable biomarker in clinical practice. These finding in combination with the overview of the lymphoma diagnostic challenges indicate that TK1 has the potential to become a valuable biomarker in clinical practice.

Mätning av aktivitet av serum thymidinkinas 1 (TK-1) används som biomarkör inom human- och veterinär- medicinen. Det intracellulära enzymet TK-1 ingår i cellens DNA-syntes ”The Salvage Pathway” och uttrycks under cellcykeln. TK-1 aktiviteten är som högst i cellen då DNA syntesen är aktivast mellan G1- och S-fasen av cellcykeln. I normala celler avtar enzymets aktivitet när cellen påbörjar G2-fasen av cellcykeln. Vid neoplastiska och inflammatoriska sjukdomar är TK-aktivitet i cellen högre då cell-proliferationen och DNA-syntesen är intensiv. Den förhöjda TK1 aktiviteten i serum går att mäta vilket gör TK-1 till en brukbar biomarkör för diagnostik av inflammatoriska och neoplastiska sjukdomar. TK1 som biomarkör kan användas som hjälpmedel för att ställa diagnos, bedömning av prognos och för att utvärdera insatt behandling.
I både veterinär- och human-medicin finns ett radioaktivt test tillgängligt för att mäta TK1 aktivitet i serum: TK-REA. TK-REA används tex för att mäta TK1 aktivitet i hundar med misstänkt neoplastiska sjukdomar. Dock kräver TK-REA radioaktiva ämnen och kostar 500 kr per prov, vilket begränsar dess användning i veterinär kliniska sammanhang. Antikroppar har används för att mäta serum nivåer av TK1. Denna typ av analys har varit framgångsrik som biomarkör inom human- och hund- medicin och skulle med stor sannolikhet vara användbar även inom katt-medicin.
Eftersom TK1 aktivitet i serum har visat sig vara en användbar biomarkör i både human- och hund-medicin var hypotesen att TK1 aktivitet i serum skulle visa sig ha potentialen att kunna bli en brukbar biomarkör inom katt-medicin.
Målet med denna studie var att utvärdera katt TK1 som en användbar biomarkör i klinisk diagnostik. För att kunna utvärdera katt TK1 som biomarkör mättes kattserum aktivitet med [3H]-dThd fosforylering testet och TK-REA testet för att sedan kunna jämföra resultaten. Studien, är ett första steg mot att utvärdera katt TK1 som biomarkör för att diagnostisera neoplastiska och inflammatoriska sjukdomar, följa upp insatt behandling och bedöma prognosen.
Resultaten mellan [3H]-dThd fosforylering testet och TK-REA testet hade en korrelation på 0.97. [3H]-dThd fosforylering testet hade en genomsnittlig aktivitet på 2,04 pmol/min/mL med en genomsnittlig standardavvikelse på 2.07 hos prover från sjuka katter. De friska katternas TK1 serum aktivitet låg under detektionsgränsen på 0.8 pmol/min/mL.
Båda testerna visar förhöjd TK1 serum aktivitet hos katter med lymfom, leukemi och cystit jämfört med friska katter, vilket indikerar att TK1 har potential att kunna bli en användbar biomarkör inom kattmedicin. Dock så är skillnaden i aktivitet mellan en katt med lymfom och en frisk katt inte lika markant som hos hund.
Konklusion, en hög TK1 serum aktivitet är indikativ för en neoplastisk diagnos, medan diagnosen är osäker vid låg aktivitet. Resultatet från testerna i kombination med
sammanställningen av de diagnostiska utmaningarna visar att TK1 har potential att bli en brukbar biomarkör i klinisk medicin.