Erythropoietin-Induced Activation of the JAK2/STAT5, PI3K/Akt, and Ras/ERK Pathways Promotes Malignant Cell Behavior in a Modified Breast Cancer Cell Line

Abstract Erythropoietin (Epo), the major regulator of erythropoiesis, and its cognate receptor (EpoR) are also expressed in nonerythroid tissues, including tumors. Clinical studies have highlighted the potential adverse effects of erythropoiesis-stimulating agents when used to treat cancer-related anemia. We assessed the ability of EpoR to enhance tumor growth and invasiveness following Epo stimulation. A benign noninvasive rat mammary cell line, Rama 37, was used as a model system. Cell signaling and malignant cell behavior were compared between parental Rama 37 cells, which express few or no endogenous EpoRs, and a modified cell line stably transfected with human EpoR (Rama 37-28). The incubation of Rama 37-28 cells with pharmacologic levels of Epo led to the rapid and sustained increases in phosphorylation of signal transducers and activators of transcription 5, Akt, and extracellular signal-regulated kinase. The activation of these signaling pathways significantly increased invasion, migration, adhesion, and colony formation. The Epo-induced invasion capacity of Rama 37-28 cells was reduced by the small interfering RNA-mediated knockdown of EpoR mRNA levels and by inhibitors of the phosphoinositide 3-kinase/Akt and Ras/extracellular signal-regulated kinase signaling pathways with adhesion also reduced by Janus-activated kinase 2/signal transducers and activators of transcription 5 inhibition. These data show that Epo induces phenotypic changes in the behavior of breast cancer cell lines and establishes links between individual cell signaling pathways and the potential for cancer spread.

Philadelphia-Negative Classical Myeloproliferative Neoplasms: Critical Concepts and Management Recommendations From European LeukemiaNet

We present a review of critical concepts and produce recommendations on the management of Philadelphia-negative classical myeloproliferative neoplasms, including monitoring, response definition, first-and second-line therapy, and therapy for special issues. Key questions were selected according the criterion of clinical relevance. Statements were produced using a Delphi process, and two consensus conferences involving a panel of 21 experts appointed by the European LeukemiaNet (ELN) were convened. Patients with polycythemia vera (PV) and essential thrombocythemia (ET) should be defined as high risk if age is greater than 60 years or there is a history of previous thrombosis. Risk stratification in primary myelofibrosis (PMF) should start with the International Prognostic Scoring System (IPSS) for newly diagnosed patients and dynamic IPSS for patients being seen during their disease course, with the addition of cytogenetics evaluation and transfusion status. High-risk patients with PV should be managed with phlebotomy, low-dose aspirin, and cytoreduction, with either hydroxyurea or interferon at any age. High-risk patients with ET should be managed with cytoreduction, using hydroxyurea at any age. Monitoring response in PV and ET should use the ELN clinicohematologic criteria. Corticosteroids, androgens, erythropoiesis-stimulating agents, and immunomodulators are recommended to treat anemia of PMF, whereas hydroxyurea is the first-line treatment of PMF-associated splenomegaly. Indications for splenectomy include symptomatic portal hypertension, drug-refractory painful splenomegaly, and frequent RBC transfusions. The risk of allogeneic stem-cell transplantation-related complications is justified in transplantation-eligible patients whose median survival time is expected to be less than 5 years.

Maintenance treatment of renal anaemia in haemodialysis patients with methoxy polyethylene glycol-epoetin beta versus darbepoetin alfa administered monthly:a randomized comparative trial

Several studies with erythropoiesis-stimulating agents claim that maintenance therapy of renal anaemia may be possible at extended dosing intervals; however, few studies were randomized, results varied, and comparisons between agents were absent. We report results of a multi-national, randomized, prospective trial comparing haemoglobin maintenance with methoxy polyethylene glycol-epoetin beta and darbepoetin alfa administered once monthly.

Localization of erythropoietin gene expression in proximal renal tubular cells detected by digoxigenin-labelled oligonucleotide probes

Erythropoietin (EPO) is the main humoral stimulus of erythropoiesis. In adult mammals, the kidney releases EPO in response to hypoxic stress. Conflicting data have suggested either renal tubular or peritubular cell origins of EPO synthesis in vivo. In situ hybridization studies were performed to define further the kidney cell type(s) capable of increasing EPO gene expression during hypoxic stimulation. EPO gene expression was stimulated in mice exposed to acute hypobaric hypoxia. Kidneys from hypoxic and control normoxic mice were obtained. Six digoxigenin-labelled oligonucleotide probes complementary to EPO exon sequences were utilized for in situ hybridization for EPO messenger RNA. Positive hybridization signals were identified in some proximal tubular cells, confined to the inner third of the renal cortex of hypoxic mouse kidney.

What are RBC-transfusion-dependence and -independence?

The term RBC-transfusion-dependence is widely-used by hematologists to describe a condition of severe anemia typically arising when erythropoiesis is reduced such that a person continuously requires =1 RBC-transfusions over a specified interval. Defining a person as RBC-transfusion-dependent has important implications in diverse hematological disorders especially because it strongly-correlated with decreased survival. Conversely, becoming RBC-transfusion-independent or receiving fewer RBC-transfusions over a specified interval is defined as improvement or response in many disease- and/or therapy-setting. Whether this correlates with improved survival is controversial. We used a structured expert-panel consensus panel process to define RBC-transfusion-dependence and -independence or improvement. We suggest these definitions may prove useful to persons studying or treating these diseases.

Cooperativity of imprinted genes inactivated by acquired chromosome 20q deletions

Large regions of recurrent genomic loss are common in cancers; however, with a few well-characterized exceptions, how they contribute to tumor pathogenesis remains largely obscure. Here we identified primate-restricted imprinting of a gene cluster on chromosome 20 in the region commonly deleted in chronic myeloid malignancies. We showed that a single heterozygous 20q deletion consistently resulted in the complete loss of expression of the imprinted genes L3MBTL1 and SGK2, indicative of a pathogenetic role for loss of the active paternally inherited locus. Concomitant loss of both L3MBTL1 and SGK2 dysregulated erythropoiesis and megakaryopoiesis, 2 lineages commonly affected in chronic myeloid malignancies, with distinct consequences in each lineage. We demonstrated that L3MBTL1 and SGK2 collaborated in the transcriptional regulation of MYC by influencing different aspects of chromatin structure. L3MBTL1 is known to regulate nucleosomal compaction, and we here showed that SGK2 inactivated BRG1, a key ATP-dependent helicase within the SWI/SNF complex that regulates nucleosomal positioning. These results demonstrate a link between an imprinted gene cluster and malignancy, reveal a new pathogenetic mechanism associated with acquired regions of genomic loss, and underline the complex molecular and cellular consequences of "simple" cancer-associated chromosome deletions.

Serum erythropoietic activity in acute anemia--an animal model

Serum erythropoietic activity and reticulocyte response to anemia were investigated using a rabbit model. In hemolytic anemia, induced by injections of phenylhydrazine on Day 0 the hemoglobin reached a nadir (mean, 6.23 g/dl) on Day 4 when SEA was maximal (mean, 765 mU/ml). In animals venesected on Day 0 and Day 1 to produce anemia of equal severity, the SEA was maximal (mean 235 mU/ml) on Day 2. In both groups the reticulocyte response peaked on Day 7--at 34% for the hemolytic group and 21% for the venesected group. The 2,3-diphosphoglycerate, measured on Day 4, was significantly reduced in the PHZ-treated group. In the venesected group the 2,3-DPG increased between Day 0 and Day 4. There were no concurrent changes in acid-base balance. These results imply that the degree of anemia is only one of the factors which influence the level of circulating SEA.

Erythropoietic response to hypobaric hypoxia in rabbits

Animals subjected to hypoxia become hypocapnic and after some hours show an increase in circulating erythropoietin. The steps involved in the increased production of erythropoietin in response to hypoxia are not fully understood, although it has been postulated that changes in coincident variables such as acid-base balance may contribute to the mechanism of increased erythropoietin production. A rabbit model has been used to determine the physiological changes which occur in short-term hypobaric hypoxia. After 1 h, no changes were found in pCO2, pH, P50, base excess, standard bicarbonate or serum erythropoietic activity (SEA). After 3 h the pCO2, pH, base excess and standard bicarbonate had decreased while the P50 and SEA had increased. After 6 h, although the pCO2 was still significantly reduced, the pH, base excess and standard bicarbonate had returned to the initial levels and maximal SEA values. 20-fold greater than the pre-hypoxia values were found. Overall the data are consistent with the view that the magnitude of the erythropoietic response to hypoxia is modified by changes in acid-base balance.

The continuous erythropoietin receptor activator (C.E.R.A.) corrects anemia at extended administration intervals in patients with chronic kidney disease not on dialysis:results of a phase II study

This study was designed to assess the potential of the continuous erythropoietin receptor activator (C.E.R.A.) to correct anemia at extended administration intervals in erythropoiesis-stimulating agent-naīve patients with chronic kidney disease (CKD) not on dialysis and to determine its optimal starting dose.

Induction of signalling in non-erythroid cells by pharmacological levels of erythropoietin

Erythropoiesis is maintained by the hormone erythropoietin (Epo) binding to its cognate receptor (EpoR) on erythroid progenitor cells. The Epo-EpoR interaction initiates a signal transduction process that regulates the survival, growth and differentiation of these cells. Originally perceived as highly lineage-restricted, Epo is now recognised to have pleiotropic effects extending beyond the maintenance of red cell mass. Functional interactions between Epo and EpoR have been demonstrated in numerous cells and tissues. EpoR expression on neoplastic cells leads to concern that recombinant human erythropoietin, used to treat anaemia in cancer patients, may augment tumour growth. Here we demonstrate that EPO, at pharmacological concentrations, can activate three major signalling cascades, viz. the Jak2/STAT5, Ras/ERK and PI3K/Akt pathways in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cell lines. EpoR synthesis is normally under the control of GATA-1, but NSCLC cells exhibit decreased GATA-1 levels compared to GATA-2, -3 and -6, suggesting that GATA-1 is not essential for EpoR production. The increased Epo-induced signalling was not associated with a growth advantage for the NSCLC cells.

Globin Gene Expression: Role of Transcription Factors

La dérégulation de l'expression génétique est une base pathophysiologique de plusieurs maladies. On a utilisé le locus du gène β-globine humain comme modèle pour élucider le mécanisme de régulation de la transcription génétique et évaluer son expression génétique durant l'érythropoïèse. La famille des protéines 'E' est composée de facteurs de transcription qui possèdent plusieurs sites de liaison au sein de locus du gène β-globine, suggérant leur rôle potentiel dans la régulation de l’expression de ces gènes. Nous avons montré que les facteurs HEB, E2A et ETO2 interagissent d’une manière significative avec la région contrôle du Locus (LCR) et avec les promoteurs des gènes de la famille β-globine. Le recrutement de ces facteurs au locus est modifié lors de l'érythropoïèse dans les cellules souches hematopoitiques et les cellules erythroides de souris transgéniques pour le locus de la β-globine humain, ainsi que dans les cellules progénitrices hématopoïétiques humaines. De plus par cette étude, nous démontrons pour la première fois que le gène β-globine humain est dans une chromatine active et qu’il interagit avec des facteurs de transcriptions de type suppresseurs dans les cellules progénitrices lymphoïdes (voie de différentiation alternative). Cette étude a aussi été faite dans des souris ayant une génétique mutante caractérisée par l'absence des facteurs de transcription E2A ou HEB.

La régulation de l’hepcidine à travers les récepteurs Toll-like dans les macrophages

L'interaction entre le système immunitaire et le métabolisme du fer est bien illustrée par l'anémie des maladies chroniques (ACD), qui est fréquemment rencontrée dans les infections chroniques, l'inflammation et le cancer. La majorité des modifications dans les paramètres du fer observées dans l’ACD tient compte des modifications de l’homéostasie du fer, avec la délocalisation du métal de la circulation et les sites de l'érythropoïèse au compartiment de stockage dans les macrophages. Les mécanismes de la réponse hyposidérémique impliquent des cytokines, notamment TNF-alpha et IL-6, qui régulent les niveaux de plusieurs gènes du métabolisme du fer, y compris les transporteurs de fer et de l'hepcidine, un régulateur négatif de l’absorption du fer, ce qui entraîne l'inhibition de l'exportation du fer à travers la ferroportine 1 (FPN1) au niveau de l'intestin et les macrophages. Des études antérieures ont montré que l'IL-6 induit l’expression d’hepcidine dans les hépatocytes, mais il y a très peu de données concernant la façon par laquelle l'hepcidine et la FPN1 sont régulées dans les macrophages. Récemment, nous avons constaté que l'induction de l'hepcidine dans le foie par le lipopolysaccharide (LPS) dépend de la voie de signalisation médiée par le récepteur Toll-like 4 (TLR4). Le but de ce travail est d’identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages et de déterminer l’exigence des TLRs dans l’induction de l’hepcidine et le développement d’hyposidérémie. En plus, nous voulons étudier l’effet de l’inflammation causée par les ligands des TLRs sur le taux de fer sérique, la production des cytokines et l'expression de l’hepcidine et de la ferroportine. D’autre part nous voulons étudier l’effet du taux du fer sur la production d’IL-6 macrophagique en réponse à la stimulation par le TLR4. D'abord, pour identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages, nous avons traité les macrophages RAW 264.7 et les macrophages péritonéaux de souris (MPMs) avec différents ligands TLRs et on a mesuré l’expression de l'hepcidine par qRT-PCR. Nous avons observé que Pam3CSK4 (Pam), un ligand de TLR2/1; LPS, un ligand de TLR-4 et FSL1 un ligand de TLR2/6 induisent l’expression de l'hepcidine dans les cellules RAW 264.7 et les MPMs, contrairement au polyinosinic: polycytidylic acid (Poly I: C), un ligand de TLR3. De plus, LPS était capable de réprimer l’expression de la ferroportine dans les cellules RAW 264.7. Afin de mieux définir la nécessité des TLRs pour assurer cette expression, nous avons utilisé les souris TLR-2 knock-out et on a établi que l'expression de l'hepcidine dans les macrophages par LPS, Pam ou FSL1 est dépendante du TLR2. En accord avec les expériences in vitro, les études effectuées in vivo ont montré que LPS réprime l’expression de la ferroportine, ainsi que PolyI:C n’est pas capable de stimuler l'expression d'hepcidine hépatique, par contre il était efficace pour déclencher une hyposidérémie. Ensuite, on voulait déterminer la voie de signalisation utilisée dans l’induction de l’hepcidine dans les macrophages. Comme il y deux voies majeures connues pour la signalisation des TLRs : une dépendante et l’autre indépendante de la protéine MyD88, on a étudié l’expression de l’hepcidine dans les MPMs isolés des souris MyD88-/- et nous avons constaté que l'absence de signalisation MyD88 abolit l'induction de l'hepcidine déclenchée par Pam, LPS et FSL1. D’autre part, la stimulation avec du LPS induisait in vivo la production d’IL-6 et de TNF-alpha, et la stimulation d’IL-6 était renforcée in vitro par la présence du fer. Ces observations indiquent que l’expression de HAMP (Hepcidin Antimicrobial Peptide) dans les macrophages peut être régulée par différents TLRs, ce qui suggère que la production d'hepcidine macrophagique fait partie d'une réponse immunitaire activées par les TLRs.

Évaluation des effets de l'administration de fer intramusculaire sur l'anémie chez les oiseaux de proie

L’administration de fer dextran à 10 mg/kg intramusculaire (IM) est un traitement empirique couramment recommandé en médecine aviaire lors d’hémorragie ou d’anémie. L’objectif principal de cette étude était d’évaluer les effets de ce traitement sur l’anémie chez les oiseaux de proie. Deux types d’individus ont été utilisés : des crécerelles d’Amérique (Falco sparverius) où une anémie par perte de sang externe aiguë a été créée (deux phlébotomies de 20-40 % du volume sanguin total à un intervalle de 6 h) et des oiseaux de proie sauvages de différentes espèces souffrant d’anémies diverses. L’ensemble des oiseaux a été subdivisé aléatoirement en groupe traitement (fer dextran 10 mg/kg IM) et contrôle (NaCl 0,9% IM). Un suivi dans le temps a été réalisé afin d’étudier leur récupération de l’anémie, la présence d’effets secondaires au traitement et l’impact d’une administration de fer sur ces réserves. Aucune différence significative n’a été observée entre les deux groupes en ce qui concerne les signes cliniques, l’hématocrite, le pourcentage des polychromatophiles/réticulocytes, la densité cellulaire et le fer de la moelle osseuse, la créatine kinase et le fer plasmatique. La majorité des crécerelles ont présenté une myosite au site d’injection du fer. Nos résultats suggèrent qu’une administration de 10 mg/kg de fer dextran IM n’a pas d’effet sur l’érythropoïèse des rapaces souffrant d’anémie par perte de sang externe aiguë, qu’elle provoque une légère inflammation au site d’injection et qu’elle n’influence pas les réserves de fer. Le comptage des réticulocytes en anneau et des polychromatophiles semble être deux méthodes équivalentes.

Development of cellular and gene therapies for b[beta]-Thalassemia and sickle cell disease

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Rôle du facteur de transcription BP1 dans la régulation des gènes du locus humain de beta-globine

Le facteur de transcription BP1 humain est exprimé dans les cellules érythroïdes pendant le développement fœtal mais son niveau d’expression est réduit au stade adulte. Les études antérieures in vitro ont montré que BP1 est un répresseur du gène adulte de β-globine mais sa fonction dans la régulation des gènes ε et γ n’a pas été abordée à ce jour. Dans notre étude, nos analyses de BP1 humain ont été menées in vivo au stade embryonnaire en utilisant une lignée de souris transgénique surexprimant BP1 dans les cellules érythroïdes définitives murines. Au niveau protéique, BP1 humain est exprimé aux âges E12.5 et E13.5 dans les cellules érythroïdes fœtales des embryons transgéniques. Toutefois, les niveaux de BP1 humain ne perturbent pas l’érythropoïèse définitive fœtale: les embryons transgéniques ne sont pas anémiques et ne meurent pas in utero. La surexpression de BP1 humain altère tout de même le niveau endogène des facteurs de transcription Ikaros et SOX6 impliqués dans la régulation des gènes de β-globine durant l’érythropoïèse définitive fœtale murine. Chez les embryons doubles transgéniques exprimant BP1 et les gènes humains de β-globine à E12.5, l’expression du gène adulte β est réduite alors que celle des gènes ε et γ est non réprimée. Les mesures d’expression des gènes humains de β-globine effectuées en absence d’Ikaros à E12.5 précisent le rôle de BP1 humain dans l’activation du gène embryonnaire ε. Dans les cellules érythroïdes fœtales murines dépourvues d’Ikaros à E12.5, BP1 humain augmente grandement l’expression des facteurs de transcription EKLF et BCL11A et semble déréprimer l’expression de SOX6, ce qui conduit à une répression des gènes fœtaux et une activation du gène adulte β au jour embryonnaire murin suivant. Puisque BP1 atténue l’altération de l’expression des gènes fœtaux et adultes causée par l’absence d’Ikaros, nous proposons que BP1 et Ikaros soient liés dans les mécanismes de transcription des gènes humains de β-globine.