Histone H2AX phosphorylation as a molecular pharmacological marker for DNA interstrand crosslink cancer chemotherapy

The aims of this study were to investigate mechanisms of action involved in H2AX phosphorylation by DNA interstrand crosslinking (ICL) agents and determine whether gamma H2AX could be a suitable pharmacological marker for identifying potential ICL cellular chemosensitivity. In normal human fibroblasts, after treatment with nitrogen mustard (HN2) or cisplatin, the peak gamma H2AX response was detected 2-3 h after the peak of DNA ICLs measured using the comet assay, a validated method for detecting ICLs in vitro or in clinical samples. Detection of gamma H2AX foci by immunofluorescence microscopy could be routinely detected with 6-10 times lower concentrations of both drugs compared to detection of ICLs using the comet assay. A major pathway for repairing DNA ICLs is the initial unhooking of the ICL by the ERCC1-XPF endonuclease followed by homologous recombination. HN2 or cisplatin-induced gamma H2AX foci persisted significantly longer in both, ERCC1 or XRCC3 (homologous recombination) defective Chinese hamster cells that are highly sensitive to cell killing by ICL agents compared to wild type or ionising radiation sensitive XRCC5 cells. An advantage of using gamma H2AX immunofluorescence over the comet assay is that it appears to detect ICL chemosensitivity in both ERCC1 and HR defective cells. With HN2 and cisplatin, gamma H2AX foci also persisted in chemosensitive human ovarian cancer cells (A2780) compared to chemoresistant (A2780cisR) cells. These results show that gamma H2AX can act as a highly sensitive and general marker of DNA damage induced by HN2 or cisplatin and shows promise for predicting potential cellular chemosensitivity to ICL agents. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Trans-dichlorooxovandium (IV) complex as a novel photoinducible DNA interstrand crosslinker for cancer therapy

Although DNA interstrand crosslinking (ICL) agents such as mitomycin C, cisplatin and psoralen serve as potent anticancer drugs, these agents are known to have dose-limiting toxic effects on normal cells. Moreover, tumor resistance to these agents has been reported. Here, we show that trans-dichlorooxovanadium (IV) complex of pyrenyl terpyridine (VDC) is a novel photoinducible DNA crosslinking agent. By a combination of in vitro and ex vivo experiments including plasmid-based assays, we find that VDC forms monoadducts on the DNA and can be activated by UV-A and visible light to generate DNA interstrand crosslinks. VDC efficiently activates Fanconi anemia (FA) pathway of DNA interstrand crosslink repair. Strikingly, photoinduction of VDC induces prolonged activation of cell cycle checkpoint and a high degree of cell death in homologous recombination (HR)/ICL repair defective cells. Moreover, VDC specifically targets cells that express pathological RAD51C mutants. These data imply that VDC can be potentially used for cancer therapy and suggest that tumors arising in patients with gene mutations in FA and HR repair pathway can be specifically targeted by a photoactivatable VDC.

Untersuchungen zum Mechanismus der Zytotoxizität von alkylierenden Agenzien in malignen Melanomzellen

Maligne Melanome sind gegenüber Chemotherapeutika relativ resistent. Das methylierende Alkylanz Temozolomid sowie das chlorethylierende und DNA-Interstrand Crosslink (ICL) bildende Alkylanz Fotemustin kommen bei der Behandlung des malignen Melanoms als Mittel erster Wahl zum Einsatz. In der vorliegenden Arbeit konnte das erste Mal nachgewiesen werden, dass die zytotoxische Wirkung von Temozolomid und Fotemustin in Melanomzellen durch Apoptose vermittelt wird. Unter Verwendung klinisch relevanter Dosen der beiden Alkylantien konnte die Induktion von Apoptose durch vier unabhängige Methoden (Bestimmung der SubG1-Fraktion und der Apoptose- / Nekrose-Frequenz, Aktivierung der Effektorcaspasen-3 und -7 sowie Spaltung von PARP-1) nachgewiesen werden. Die Alkylierungen an der O6-Position des Guanins, welche durch beide Agenzien induziert werden, sind auch in Melanomzellen die wichtigsten Zytotoxizität-bewirkenden Läsionen in der DNA, und die O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist folglich ein herausragender Resistenzmarker. Eine der verwendeten Zelllinien (D05) exprimierte p53-Wildtypprotein. Diese Zelllinie war resistenter als alle anderen Zelllinien gegenüber Temozolomid und Fotemustin. Dies weist darauf hin, dass p53 nicht die Apoptoseinduktion in Melanomzellen verstärkt. Die Prozessierung des O6MeG erfolgt über die Mismatch-Reparatur (MMR) unter Generierung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Die Untersuchung der durch Temozolomid induzierten DSBs, nachgewiesen durch gammaH2AX-Induktion, korrelierte direkt mit der apoptotischen Antwort von Melanomzelllinien und DSBs können somit als eine entscheidende apoptoseauslösende Größe angesehen werden. Eine Resistenz gegenüber dem methylierenden Temozolomid in der Zelllinie MZ7 konnte auf einen Defekt in der MMR-Schadenserkennung auf der Ebene des MutSalpha-Komplexes zurückgeführt werden. Dieser Defekt hatte keinen Einfluss auf die Fotemustin-vermittelte Apoptoseinduktion. Neben MGMT konnte somit die MMR als Resistenzfaktor gegenüber methylierenden Agenzien in Melanomen identifiziert werden. Die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde in Melanomzelllinien im Detail untersucht. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Fotemustin-bedingte ICLs in Zellen einen G2/M-Arrest im Behandlungszyklus induzieren. Wie anhand G1-arretierter Zellen nachgewiesen werden konnte, war das Durchlaufen der DNA-Replikation vor Erreichen des Arrests für die Induktion der Apoptose notwendig. Die Prozessierung von ICLs ist im Vergleich zu Methylierungen der DNA deutlich komplexer. Dies könnte erklären, warum in Melanomzellen die durch gammaH2AX-Induktion repräsentierten DSBs nicht mit der Sensitivität der einzelnen Zelllinien korreliert. Die Untersuchung unterschiedlich sensitiver Zelllinien zeigte ein vergleichbares Schadensniveau an ICLs und eine ebenso vergleichbare initiale Prozessierung derselben unter Generierung von DSBs. Die Prozessierung dieser sekundären Läsionen, welche anhand der Abnahme von gammaH2AX-Foci untersucht wurde, war hingegen in der sensitiveren Melanomzelllinie deutlich weniger effektiv. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass eine uneffektive Prozessierung der sekundären Läsionen einhergeht mit einer verstärkten und länger anhaltenden Aktivierung der in der DSB-Detektion beteiligten Kinase ATM und der Checkpoint Kinase 1. Es wäre daher denkbar, dass eine verstärkte Aktivität dieser Kinasen proapoptotische Signale vermittelt. Unterschiede in der Prozessierung der sekundären Läsionen könnten somit ein wichtiger Marker der ICL-induzierten Apoptose darstellen. Des weitern konnte nachgewiesen werden, dass nach Fotemustingabe die mitochondrial-vermittelte Apoptose einen effektiven Exekutionsweg in Melanomen darstellt. Während Cytochrom C-Freigabe, Bcl-2-Abnahme an den Mitochondrien, Bax-Rekrutierung und Caspase-9 Aktivität nachgewiesen werden konnten, wurden keine Hinweise auf eine Fas-Rezeptor-vermittelte Apoptose gefunden. Die Unfähigkeit, Rezeptor-vermittelte Apoptose zu unterlaufen, könnte die Bedeutungslosigkeit des p53-Gens in Melanomen begründen, da gerade dieser Weg in der Alkylantien-induzierten Apoptose in anderen Zellsystemen eine große Relevanz besitzt. Bei der Suche nach einem alternativen proapoptotischen Signalweg konnten Hinweise für die Beteiligung des Rb/E2F-1-Wegs, welcher über p73 agiert, in einer p53-mutierten Melanomzelllinie gefunden werden. Einen Einfluss der Proteine Survivin und XIAP als Resistenzfaktoren auf die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde hingegen nicht nachgewiesen.

Mechanismen der Resistenz und Sensitivierung von menschlichen malignen Melanomzellen gegenüber DNA-alkylierenden Zytostatika

Das metastasierende maligne Melanom ist durch eine geringe p53-Mutations-Rate und eine hohe Resistenz gegenüber Chemotherapie mit alkylierenden Agenzien wie Fotemustin (FM) und Temozolomid (TMZ) gekennzeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von p53 in der Resistenz von malignen Melanomzellen gegenüber FM untersucht und Möglichkeiten zur Sensitivierung von Melanomzellen gegenüber TMZ und FM aufgezeigt.rnAusgangspunkt war die Beobachtung, dass p53 Wildtyp (p53wt) Melanomzellen resistenter gegenüber FM sind als p53 mutierte (p53mt) Zellen. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass eine FM-Behandlung in p53wt Zellen eine Stabilisierung von p53 und eine Induktion des p53-Zielproteins p21 bewirkte. Mithilfe einer p53wt Zelllinie, welche einen p53 Knockdown trägt, konnte gezeigt werden, dass p53 für die geringe Apoptose-Rate nach FM-Behandlung verantwortlich ist. Eine Untersuchung der Interstrang-Crosslink (ICL)-Reparaturkapazität zeigte, dass p53mt Zellen im Gegensatz zu p53wt Zellen nicht in der Lage sind, FM-induzierte ICL zu reparieren. Dies ging mit einer im Vergleich zu p53wt Zellen starken DNA-Schadensantwort einher. Die Gene für die Proteine DDB2 und XPC wurden als durch FM regulierte DNA-Reparatur-Gene identifiziert, deren Induktion p53-abhängig und lang anhaltend (bis zu 144 h) erfolgt. Da XPC Knockdown-Zellen sensitiver als ihre Kontrollzellen gegenüber FM reagierten, konnte die biologische Relevanz von XPC bei der ICL-Reparatur bestätigt werden. Anhand von Xenograft-Tumoren wurde gezeigt, dass FM auch in situ eine Induktion von DDB2 und XPC auslöst. Die Beobachtung, dass DNA-Reparatur-Gene nach FM-Behandlung hochreguliert werden, liefert eine Erklärung für das schlechte Ansprechen von Melanomen auf eine Therapie mit ICL-induzierenden Chemotherapeutika.rnDes Weiteren befasste sich die vorliegende Arbeit mit Möglichkeiten zur Sensitivierung von Melanomzellen gegenüber den Chemotherapeutika TMZ und FM. In diesem Zusammenhang wurde Valproinsäure (VPA), ein in der Epilepsie-Therapie verwendetes Medikament und Histondesacetylase (HDAC)-Hemmer, bezüglich der chemosensitivierenden Wirkung untersucht. Zunächst konnte der in der Literatur häufig beschriebene stabilisierende Effekt von VPA auf „wildtypisches“ p53-Protein und destabilisierende Effekt auf mutiertes p53-Protein bestätigt werden. Zwei der vier untersuchten Zelllinien konnten mithilfe von VPA gegenüber TMZ sensitiviert werden, während nur eine der vier untersuchten Zelllinien gegenüber FM sensitiviert werden konnte. VPA begünstigt die Induktion von Apoptose, während der Effekt auf die Induktion von Nekrose nur gering ausfiel. Eine Wirkung von VPA auf die Aktivität des Resistenz-vermittelnden Enzyms O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) wurde nicht beobachtet. Zudem wurde ausgeschlossen, dass die Sensitivierung gegenüber TMZ und FM, welche S-Phase abhängige Gentoxine sind, auf einer VPA-induzierten Erhöhung der Proliferation beruht. Mithilfe einer Zelllinie, welche stabil dominant-negatives FADD (Fas-associated death domain) exprimiert, konnten keine Hinweise auf eine Beteiligung des extrinsischen Apoptose-Signalwegs an der VPA-vermittelten Sensitivierung gewonnen werden. Gleichzeitig wurde gezeigt, dass VPA keine Induktion der niedrig exprimierten Procaspase-8 verursachte. Mithilfe eines PCR-Arrays wurden transaktivierende und –reprimierende Effekte von VPA auf die Genexpression gezeigt, wobei das proapoptotische Protein BAX (Breakpoint cluster-2-associated x protein) als ein in der Sensitivierung involviertes Kandidatengen identifiziert wurde. Obwohl eine vollständige Aufklärung der dem Sensitivierungseffekt von VPA zu Grunde liegenden Mechanismen nicht erbracht werden konnte, zeigen die in dieser Arbeit erlangten Beobachtungen einen vielversprechenden Weg zur Überwindung der Resistenz von Melanomzellen gegenüber DNA-alkylierenden Zytostatika auf.rn

Topo IIIalpha and BLM act within the Fanconi anemia pathway in response to DNA-crosslinking agents

The Bloom protein (BLM) and Topoisomerase IIIalpha are found in association with proteins of the Fanconi anemia (FA) pathway, a disorder manifesting increased cellular sensitivity to DNA crosslinking agents. In order to determine if the association reflects a functional interaction for the maintenance of genome stability, we have analyzed the effects of siRNA-mediated depletion of the proteins in human cells. Depletion of Topoisomerase IIIalpha or BLM leads to increased radial formation, as is seen in FA. BLM and Topoisomerase IIIalpha are epistatic to the FA pathway for suppression of radial formation in response to DNA interstrand crosslinks since depletion of either of them in FA cells does not increase radial formation. Depletion of Topoisomerase IIIalpha or BLM also causes an increase in sister chromatid exchanges, as is seen in Bloom syndrome cells. Human Fanconi anemia cells, however, do not demonstrate increased sister chromatid exchanges, separating this response from radial formation. Primary cell lines from mice defective in both Blm and Fancd2 have the same interstrand crosslink-induced genome instability as cells from mice deficient in the Fancd2 protein alone. These observations demonstrate that the association of BLM and Topoisomerase IIIalpha with Fanconi proteins is a functional one, delineating a BLM-Topoisomerase IIIalpha-Fanconi pathway that is critical for suppression of chromosome radial formation.

FANCM AND FAAP24 MAINTAIN GENOMIC STABILITY THROUGH COOPERATIVE AND UNIQUE FUNCTIONS

Fanconi anemia (FA) is a rare recessive genetic disease with an array of clinical manifestations including multiple congenital abnormalities, progressive bone marrow failure and profound cancer susceptibility. A hallmark of cells derived from FA patients is hypersensitivity to DNA interstrand crosslinking agents such as mitomycin C (MMC) and cisplatin, suggesting that FA- and FA-associated proteins play important roles in protecting cells from DNA interstrand crosslink (ICL) damage. Two genes involved in the FA pathway, FANCM and FAAP24, are of particular interest because they contain DNA interacting domains. However, there are no definitive patient mutations for these two genes, and the resulting lack of human genetic model system renders their functional studies difficult. In this study, I established isogenic human FANCM- and FAAP24-null mutants through homologous replacement-mediated gene targeting in HCT-116 cells, and systematically investigated the functions of FANCM and FAAP24 inchromosome stability, FA pathway activation, DNA damage checkpoint signaling, and ICL repair. I found that the FANCM-/-/FAAP24-/- double mutant was much more sensitive to DNA crosslinking agents than FANCM-/- and FAAP24-/- single mutants, suggesting that FANCM and FAAP24 possess epistatic as well as unique functions in response to ICL damage. I demonstrated that FANCM and FAAP24 coordinately support the activation of FA pathway by promoting chromatin localization of FA core complex and FANCD2 monoubiqutination. They also cooperatively function to suppress sister chromatid exchange and radial chromosome formation, likely by limiting crossovers in recombination repair. In addition, I defined novel non-overlapping functions of FANCM and FAAP24 in response to ICL damage. FAAP24 plays a major role in activating ICL-induced ATR-dependent checkpoint, which is independent of its interaction with FANCM. On the other hand, FANCM promotes recombination-independent ICL repair independently of FAAP24. Mechanistically, FANCM facilitates recruitment of nucleotide excision repair machinery and lesion bypass factors to ICL damage sites through its translocase activity. Collectively, my studies provide mechanistic insights into how genome integrity is both coordinately and independently protected by FANCM and FAAP24.

Overview of the NTCIR-9 crosslink task : cross-lingual link discovery

This paper presents an overview of NTCIR-9 Cross-lingual Link Discovery (Crosslink) task. The overview includes: the motivation of cross-lingual link discovery; the Crosslink task definition; the run submission specification; the assessment and evaluation framework; the evaluation metrics; and the evaluation results of submitted runs. Cross-lingual link discovery (CLLD) is a way of automatically finding potential links between documents in different languages. The goal of this task is to create a reusable resource for evaluating automated CLLD approaches. The results of this research can be used in building and refining systems for automated link discovery. The task is focused on linking between English source documents and Chinese, Korean, and Japanese target documents.

NTCIR-10 crosslink-2 task : a link mining strategy

At NTCIR-10 we participated in the cross-lingual link discovery (CrossLink-2) task. In this paper we describe our systems for discovering cross-lingual links between the Chinese, Japanese, and Korean (CJK) Wikipedia and the English Wikipedia. The evaluation results show that our implementation of the cross-lingual linking method achieved promising results.

Photoinduced DNA Crosslink Formation by Dichloridooxidovanadium(IV) Complexes of Polypyridyl Bases

Oxidovanadium(IV) complexes VO(pyphen)Cl-2] (1) and VO(pydppz)Cl-2] (2), where pyphen is 2-(2-pyridyl)-1,10-phenanthroline and pydppz is 3-(pyridin-2-yl)dipyrido3,2-a:2,3-c]phenazine, show remarkable photoinduced DNA crosslinking ability and photocytotoxicity. The complexes are non-electrolytes in DMF, 1:1 electrolytes in 20% aqueous DMF, and 1:2 electrolytes in 20% aqueous DMF upon photoirradiation with visible light of 400-700 nm. The paramagnetic complexes, which have one unpaired electron, show a d-d band near 780 nm in aqueous DMF. The IR data suggest a V=O moiety trans to a V-N bond. Complex VO(pydppz)Cl-2] (2), as a novel photoinducible nuclear ds-DNA crosslinking agent, shows visible-light-induced cytotoxicity in HeLa and MCF-7 cancer cells by an apoptotic pathway, giving IC50 values of 0.87 +/- 0.07 and 1.4 +/- 0.2 M, respectively, while being essentially nontoxic (IC50 > 40 M) in the dark and less toxic in normal MCF-10A cells.

Continuous and gradual photo-activation methods: influence on degree of conversion and crosslink density of composite resins

Thermal properties and degree of conversion (DC%) of two composite resins (microhybrid and nanocomposite) and two photo-activation methods (continuous and gradual) displayed by the light-emitting diode (LED) light-curing units (LCUs) were investigated in this study. Differential scanning calorimetry (DSC) thermal analysis technique was used to investigate the glass transition temperature (T(g)) and degradation temperature. The DC% was determined by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The results showed that the microhybrid composite resin presented the highest T(g) and degradation temperature values, i.e., the best thermal stability. Gradual photo-activation methods showed higher or similar T(g) and degradation temperature values when compared to continuous method. The Elipar Freelight 2 (TM) LCU showed the lowest T(g) values. With respect to the DC%, the photo-activation method did not influence the final conversion of composite resins. However, Elipar Freelight 2 (TM) LCU and microhybrid resin showed the lowest DC% values. Thus, the presented results suggest that gradual method photo-activation with LED LCUs provides adequate degree of conversion without promoting changes in the polymer chain of composite resins. However, the thermal properties and final conversion of composite resins can be influenced by the kind of composite resin and LCU.

Bioinspired strategy for tuning thermal stability of PVA via hydrogen-bond crosslink

Although many approaches have been employed to enhance thermal stability of PVA, developing a facile and effective strategy remains highly attractive. Herein, we demonstrate a highly effective approach to strikingly improve thermal stability of PVA by selecting the types of multiamines molecules to tune the hydrogen-bond crosslink density. Results show that only adding 0.5 wt% of 2,4,5,6-tetraaminopyrimidine can make the initial degradation temperature (Ti) and maximum degradation temperature (Tmax) of PVA increase by ~55 °C and 98 °C due to the formation of 3D physically H-bond crosslinked network, resulting in superior thermal stability property to those of PVA nanocomposites. Moreover, thermal stability strongly depends on the H-bond crosslink density, and Ti and Tmax basically obey the linear hydrogen-bond relations despite some deviations. This work opens up a novel biological methodology for creating thermally stable polymeric materials.