Modulation of Mistletoe (Viscum album L.) Lectins Cytotoxicity by Carbohydrates and Serum Glycoproteins

Summary

Three D-galactose and/or N-acetyl-D-galactosamine specific mistletoe lectins, ML I, ML II and ML III, were purified by affinity chromatography followed by cation exchange chromatography. These lectins were toxic for Molt 4 cells in culture at concentrations in the pg/ml range, ML III being the most cytotoxic. Carbohydrates able to bind to the B-chain of these lectins inhibited their toxic activity. The digalactosides Galßl,2Galß-allyl and Galßl,3Galß-allyl were 60 and 30 times, respectively, more potent than D-galactose in their ability to protect the cells from the ML I cytotoxicity. N-acetyl-D-galactosamine and p-nitrophenyl N-acetylgalactosamine protected mainly from the toxic effects of ML II and III. Protection from cytotoxicity varied in the same order as the affinity of the tested carbohydrates for lectins. Serum glycoproteins particularly haptoglobin, but also (α₁-acid glycoprotein and transferrin, notably inhibited the cytotoxicity of the lectins. This effect was due to the binding of lectin to the sugar moiety of the glycoprotein because deglycosylated haptoglobin did not have a protective activity on Molt 4 cells. Inhibition of the cytotoxicity of lectins by serum glycoproteins explains why mistletoe extracts containing lectins can be administered to cancer patients without harmful effects.

Zusammenfassung

Modulierung der Zytotoxizität von Mistellektinen (Viscum album L.) durch Kohlenhydrate und Serumglykoproteine

Drei D-Galaktose- und / oder N-Acetyl-D-galaktosamin-spezifische Mistellektine, ML I, ML II und ML III, wurden mittels Affinitäts- und Kationenaustausch-Chromatographie gereinigt. Diese Lektine sind im Konzentrationsbereich von pg/ml für Molt-4-Zellen toxisch, wobei ML III die höchste Zytotoxizität besitzt. Kohlenhydrate, die sich an die B-Kette dieser Lektine binden, können ihre toxische Wirkung behindern. Die beiden Di-Galaktoside, Galßl,2Galß-allyl und Galßl,Galß-allyl, schützen Molt-4-Zellen vor der Zytotoxizität von ML I 60 bzw. 30 mal wirksamer als D-Galaktose. N-Acetyl-D-galaktosamin und p-Nitrophenyl-N-acetylgalaktosamin hemmten die toxischen Effekte von ML II und ML III in noch stärkerem Maße. Die Verminderung der Zytotoxizität geht mit der Affinität der getesteten Kohlenhydrate für Lektine einher. Serumglykoproteine, besonders Haptoglobin, aber auch (α₁-saures Glykoprotein und Transferrin, reduzierten die Lektinzytotoxizität beträchtlich. Dieser Effekt wurde sichtbar nach Bindung der Lektine an das Zuckermolekül des Glykopro-teins, da unglykosiliertes Haptoglobin keine schützende Wirkung auf Molt-4-Zellen hatte. Die Hemmung der Lektinzytotoxizität durch Serumglykoproteine erklärt, warum lektin-enthaltende Mistelextrakte Krebspatienten ohne Nebenwirkung verordnet werden können.

Key words

Galactosides - Mistletoe lectins’ cytotoxicity - Serum glycoproteins - Viscum album L.