The role of polyamine catabolism in polyamine analogue-induced programmed cell death

N1-ethyl-N11-[(cyclopropyl)methyl]-4,8,-diazaundecane (CPENSpm) is a polyamine analogue that represents a new class of antitumor agents that demonstrate phenotype-specific cytotoxic activity. However, the precise mechanism of its selective cytotoxic activity is not known. CPENSpm treatment results in the superinduction of the polyamine catabolic enzyme spermidine/spermine N1-acetyltransferase (SSAT) in sensitive cell types and has been demonstrated to induce programmed cell death (PCD). The catalysis of polyamines by the SSAT/polyamine oxidase (PAO) pathway produces H2O2 as one product, suggesting that PCD produced by CPENSpm may be, in part, due to oxidative stress as a result of H2O2 production. In the sensitive human nonsmall cell line H157, the coaddition of catalase significantly reduces high molecular weight (HMW) DNA (≥50 kb) and nuclear fragmentation. Important to note, specific inhibition of PAO by N,N′-bis(2,3-butadienyl)-1,4-butane-diamine results in a significant reduction of the formation of HMW DNA and nuclear fragmentation. In contrast, the coaddition of catalase or PAO inhibitor has no effect on reducing HMW DNA fragmentation induced by N1-ethyl-N11-[(cycloheptyl)methyl]-4,8,-diazaundecane, which does not induce SSAT and does not deplete intracellular polyamines. These results strongly suggest that H2O2 production by PAO has a role in CPENSpm cytotoxicity in sensitive cells via PCD and demonstrate a potential basis for differential sensitivity to this promising new class of antineoplastic agents. Furthermore, the data suggest a general mechanism by which, under certain stimuli, cells can commit suicide through catabolism of the ubiquitous intracellular polyamines.

High yield conversion of doxorubicin to 2-pyrrolinodoxorubicin, an analog 500-1000 times more potent: structure-activity relationship of daunosamine-modified derivatives of doxorubicin.

A convenient, high yield conversion of doxorubicin to 3'-deamino-3'-(2''-pyrroline-1''-yl)doxorubicin is described. This daunosamine-modified analog of doxorubicin is 500-1000 times more active in vitro than doxorubicin. The conversion is effected by using a 30-fold excess of 4-iodobutyraldehyde in anhydrous dimethylformamide. The yield is higher than 85%. A homolog of this compound, 3'-deamino-3'-(1'',3''-tetrahydropyridine-1''-yl)doxorubicin, was also synthesized by using 5-iodovaleraldehyde. In this homolog, the daunosamine nitrogen is incorporated into a six- instead of a five-membered ring. This analog was 30-50 times less active than its counterpart with a five-membered ring. A similar structure-activity relationship was found when 3'-deamino-3'-(3''-pyrrolidone-1''-yl)doxorubicin (containing a five-membered ring) and 3'-deamino-3'-(3''-piperidone-1''-yl)doxorubicin (with a six-membered ring) were tested in vitro, the former being 5 times more potent than the latter. To further elucidate structure-activity relationships, 3'-deamino-3'-(pyrrolidine-1''-yl)doxorubicin, 3'-deamino-3'-(isoindoline-2''-yl)doxorubicin, 3'-deamino-3'-(2''-methyl-2''-pyrroline-1''-yl)doxorubicin, and 3'-deamino-3'-(3''-pyrroline-1''-yl)doxorubicin were also synthesized and tested. All the analogs were prepared by using reactive halogen compounds for incorporating the daunosamine nitrogen of doxorubicin into a five- or six-membered ring. These highly active antineoplastic agents can be used for incorporation into targeted cytotoxic analogs of luteinizing hormone-releasing hormone intended for cancer therapy.

Cancer chemotherapy reports.

Mode of access: Internet.

Cancer chemotherapy reports.

Issue for Dec. 1968 has subtitle: Program information.

BRAF mutation testing algorithm for vemurafenib treatment in melanoma: recommendations from an expert panel.

The incidence of melanoma has increased rapidly over the past 30 years, and the disease is now the sixth most common cancer among men and women in the U.K. Many patients are diagnosed with or develop metastatic disease, and survival is substantially reduced in these patients. Mutations in the BRAF gene have been identified as key drivers of melanoma cells and are found in around 50% of cutaneous melanomas. Vemurafenib (Zelboraf(®) ; Roche Molecular Systems Inc., Pleasanton, CA, U.S.A.) is the first licensed inhibitor of mutated BRAF, and offers a new first-line option for patients with unresectable or metastatic melanoma who harbour BRAF mutations. Vemurafenib was developed in conjunction with a companion diagnostic, the cobas(®) 4800 BRAF V600 Mutation Test. The purpose of this paper is to make evidence-based recommendations to facilitate the implementation of BRAF mutation testing and targeted therapy in patients with metastatic melanoma in the U.K. The recommendations are the result of a meeting of an expert panel and have been reviewed by melanoma specialists and representatives of the National Cancer Research Network Clinical Study Group on behalf of the wider melanoma community. This article is intended to be a starting point for practical advice and recommendations, which will no doubt be updated as we gain further experience in personalizing therapy for patients with melanoma.

Tyrosine kinase inhibitor insensitivity of non-cycling CD34+ human acute myeloid leukaemia cells with FMS-like tyrosine kinase 3 mutations.

The efficacy of tyrosine kinase (TK) inhibitors on non-cycling acute myeloid leukaemia (AML) cells, previously shown to have potent tumourigenic potential, is unknown. This pilot study describes the first attempt to characterize non-cycling cells from a small series of human FMS-like tyrosine kinase 3 (FLT3) mutation positive samples. CD34+ AML cells from patients with FLT3 mutation positive AML were cultured on murine stroma. In expansion cultures, non-cycling cells were found to retain CD34+ expression in contrast to dividing cells. Leukaemic gene rearrangements could be detected in non-cycling cells, indicating their leukaemic origin. Significantly, the FLT3-internal tandem duplication (ITD) mutation was found in the non-cycling fraction of four out of five cases. Exposure to the FLT3-directed inhibitor TKI258 clearly inhibited the growth of AML CD34+ cells in short-term cultures and colony-forming unit assays. Crucially, non-cycling cells were not eradicated, with the exception of one case, which exhibited exquisite sensitivity to the compound. Moreover, in longer-term cultures, TKI258-treated non-cycling cells showed no growth impairment compared to treatment-naive non-cycling cells. These findings suggest that non-cycling cells in AML may constitute a disease reservoir that is resistant to TK inhibition. Further studies with a larger sample size and other inhibitors are warranted.

Growth inhibition by tyrosine kinase inhibitors in mesothelioma cell lines.

Clinical outcome following chemotherapy for malignant pleural mesothelioma is poor and improvements are needed. This preclinical study investigates the effect of five tyrosine kinase inhibitors (PTK787, ZD6474, ZD1839, SU6668 and SU11248) on the growth of three mesothelioma cell lines (NCI H226, NCI H28 and MSTO 211H), the presence of growth factor receptors and inhibition of their downstream signalling pathways. GI50 values were determined: ZD6474 and SU11248, mainly VEGFR2 inhibitors, gave the lowest GI50 across all cell lines (3.5-6.9 microM) whereas ZD1839 gave a GI50 in this range only in H28 cells. All cell lines were positive for EGFR, but only H226 cells were positive for VEGFR2 by Western blotting. ZD6474 and ZD1839 inhibited EGF-induced phosphorylation of EGFR, AKT and ERK, whereas VEGF-induced phosphorylation of VEGFR2 was completely inhibited with 0.1 microM SU11248. VEGFR2 was detected in tumour samples by immunohistochemistry. VEGFR2 tyrosine kinase inhibitors warrant further investigation in mesothelioma.

Chemotherapeutic agents in low noncytotoxic concentrations increase immunogenicity of human colon cancer cells

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Chemotherapeutic Agents in Noncytotoxic Concentrations Increase Antigen Presentation by Dendritic Cells via an IL-12-Dependent Mechanism

Antineoplastic chemotherapeutic agents may indirectly activate dendritic cells (DCs) by inducing the release of danger signals from dying tumor cells. Whereas the direct cytotoxic or inhibitory effect of conventional chemotherapy on DCs has been reported, modulation of DC function by chemotherapeutic agents in low noncytotoxic concentrations has not yet been investigated. We have tested the effects of different classes of antineoplastic chemotherapeutic agents used in low noncytotoxic concentrations on the Ag-presenting function of DCs. We revealed that paclitaxel, doxorubicin, mitomycin C, and methotrexate up-regulated the ability of DCs to present Ags to Ag-specific T cells. Stimulation of DC function was associated with the up-regulation of expression of Ag-processing machinery components and costimulatory molecules on DCs, as well as increased IL-12p70 expression. However, the ability of DCs treated with paclitaxel, methotrexate, doxorubicin, and vinblastine to increase Ag presentation to Ag-specific T cells was abolished in DCs generated from IL-12 knockout mice, indicating that up-regulation of Ag presentation by DCs is IL-12-dependent and mediated by the autocrine or paracrine mechanisms. At the same time, IL-12 knockout and wild-type DCs demonstrated similar capacity to up-regulate OVA presentation after their pretreatment with low concentrations of mitomycin C and vincristine, suggesting that these agents do not utilize IL-12-mediated pathways in DCs for stimulating Ag presentation. These findings reveal a new mechanism of immunopotentiating activity of chemotherapeutic agents-a direct immunostimulatory effect on DCs (chemomodulation)-and thus provide a strong rationale for further assessment of low-dose chemotherapy given with DC vaccines for cancer treatment. The Journal of Immunology, 2009, 183: 137-144.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Synthesis and evaluation of 5-arylated 2(5H)-furanones and 2-arylated pyridazin-3(2H)-ones as anti-cancer agents

Bis-cyclic butenolides, 5-arylated 2(5H)-furanones 6a-c, 7a, b and the 3(2H)-pyridazones 9a-d were prepared by using the aldehyde form of muco halogen acids in electrophilic substitution reactions and in an aldol-like condensation reaction. The cytotoxicity of these simple and bis-cyclic butenolides have been evaluated in tissue culture studies on MAC 13 and MAC 16 murine colon cancer cell lines. The butyl furanone 3 displayed the highest cytotoxicity of 3 μM, as one selected example of a series of dichlorinated pseudoesters. The 5-arylated 2(5H)-furanones 6 and 7 did not show a structure-activity relationship (SAR) depending on the substitution pattern of the aromatic system. An IC50 (concentration inhibiting growth by 50%) was found within a range of 30-50 and 40-50 μM for the MAC 13 and MAC 16 cell lines, respectively. The pyridazine series 9 showed a maximum in-vitro activity for the p-methoxydrivative 9b, having an IC50 of 17 in MAC 13 and 11 μM in MAC 16 cell lines. Selected examples of each series and further novel 2(5H)-furanones such as the hydrazone 5 and the hydantoin 8 have been screened in-vivo in mice and the data are presented. For the pyridazines 9a-d, the in-vitro cytotoxicity correlated with an in-vivo inhibition of tumour growth. The ring expansion of the 5-membered 2(5H)-furanone ring system such as 6a into the 6-membered 3(2H)-pyridazone 9b led to an agent with improved antineoplastic properties. On the resistant MAC 16 cell line the pyridazone 9b displayed 52% tumour inhibition in mice at a dose of 50 mg kg-1 compared with 27% for the 5-FU standard.