Potential Urinary miRNA Biomarker Candidates for the Accurate Detection of Prostate Cancer among Benign Prostatic Hyperplasia Patients

MicroRNAs (miRNAs) are a class of short (similar to 22nt), single stranded RNA molecules that function as post-transcriptional regulators of gene expression. MiRNAs can regulate a variety of important biological pathways, including: cellular proliferation, differentiation and apoptosis. Profiling of miRNA expression patterns was shown to be more useful than the equivalent mRNA profiles for characterizing poorly differentiated tumours. As such, miRNA expression "signatures" are expected to offer serious potential for diagnosing and prognosing cancers of any provenance. The aim of this study was to investigate the potential of using deregulation of urinary miRNAs in order to detect Prostate Cancer (PCa) among Benign Prostatic Hyperplasia (BPH). To identify the miRNA signatures specific for PCa, miRNA expression profiling of 8 PCa patients, 12 BPH patients and 10 healthy males was carried out using whole genome expression profiling. Differential expression of two individual miRNAs between healthy males and BPH patients was detected and found to possibly target genes related to PCa development and progression. The sensitivity and specificity of miR-1825 for detecting PCa among BPH individuals was found to be 60% and 69%, respectively. Whereas, the sensitivity and specificity of miR-484 were 80% and 19%, respectively. Additionally, the sensitivity and specificity for miR-1825/484 in tandem were 45% and 75%, respectively. The proposed PCa miRNA signatures may therefore be of great value for the accurate diagnosis of PCa and BPH. This exploratory study has identified several possible targets that merit further investigation towards the development and validation of diagnostically useful, non-invasive, urine-based tests that might not only help diagnose PCa but also possibly help differentiate it from BPH.

Immuno-oncology of human prostate cancer : phenotypical characterization and study of the tumor-derived, androgen-regulated immunosuppressive microenvironment

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens et la troisième cause de décès relié au cancer. Lorsque diagnostiqué à un stade précoce de la maladie, le cancer de la prostate est traité de manière curative par chirurgie et radiothérapie. Par contre, les thérapies actuelles ne peuvent éradiquer la maladie lorsqu’elle progresse à des stades avancés. Ces thérapies, comme la chimiothérapie et l’hormonothérapie, demeurent donc palliatives. Il est primordial d’optimiser de nouvelles thérapies visant l’élimination des cellules cancéreuses chez les patients atteints des stades avancés de la maladie. Une de ces nouvelles options thérapeutiques est l’immunothérapie. L’immunothérapie du cancer a fait des progrès considérables durant les dernières années. Cependant, les avancements encourageants obtenus lors d’essais précliniques ne se sont pas encore traduits en des résultats cliniques significatifs. En ce qui concerne le cancer de la prostate, les résultats négligeables suivants des interventions immunothérapeutiques peuvent être causés par le fait que la plupart des études sur le microenvironnement immunologique furent effectuées chez des modèles animaux. De plus la majorité des études sur l’immunologie tumorale humaine furent effectuées chez des patients atteints d’autres cancers, tels que le mélanome, et non chez les patients atteints du cancer de la prostate. Donc, le but central de cette thèse de doctorat est d’étudier le microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate afin de mieux définir les impacts de la tumeur sur le développement de la réponse immunitaire antitumorale. Pour réaliser ce projet, nous avons établi deux principaux objectifs de travail : (i) la caractérisation précise des populations des cellules immunitaires infiltrant la tumeur primaire et les ganglions métastatiques chez les patients atteints du cancer de la prostate; (ii) l’identification et l’étude des mécanismes immunosuppressifs exprimés par les cellules cancéreuses de la prostate. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la progression du cancer de la prostate est associée au développement d’un microenvironnement immunosuppressif qui, en partie, est régulé par la présence des androgènes. L’étude initiale avait comme but la caractérisation du microenvironnement immunologique des ganglions drainant la tumeur chez des patients du cancer de la prostate. Les résultats présentés dans le chapitre III nous a permis de démontrer que les ganglions métastatiques comportent des signes cellulaires et histopathologiques associés à une faible réactivité immunologique. Cette immunosuppression ganglionnaire semble dépendre de la présence des cellules métastatiques puisque des différences immunologiques notables existent entre les ganglions non-métastatiques et métastatiques chez un même patient. La progression du cancer de la prostate semble donc associée au développement d’une immunosuppression affectant les ganglions drainant la tumeur primaire. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l’impact de la thérapie par déplétion des androgènes (TDA) sur le microenvironnement immunologique de la tumeur primaire. La TDA est associée à une augmentation marquée de l’inflammation prostatique. De plus, les protocoles d’immunothérapies pour le cancer de la prostate actuellement évalués en phase clinique sont dirigés aux patients hormonoréfractaires ayant subi et échoué la thérapie. Cependant, peu d’information existe sur la nature de l’infiltrat de cellules immunes chez les patients castrés. Il est donc essentiel de connaître la nature de cet infiltrat afin de savoir si celui-ci peut répondre de manière favorable à une intervention immunothérapeutique. Dans le chapitre IV, je présente les résultats sur l’abondance des cellules immunes infiltrant la tumeur primaire suivant la TDA. Chez les patients castrés, les densités de lymphocytes T CD3+ et CD8+ ainsi que des macrophages CD68+ sont plus importantes que chez les patients contrôles. Nous avons également observé une corrélation entre la densité de cellules NK et une diminution du risque de progression de la maladie (rechute biochimique). Inversement, une forte infiltration de macrophages est associée à un plus haut risque de progression. Conjointement, durant cette étude, nous avons développé une nouvelle approche informatisée permettant la standardisation de la quantification de l’infiltrat de cellules immunes dans les échantillons pathologiques. Cette approche facilitera la comparaison d’études indépendantes sur la densité de l’infiltrat immun. Ces résultats nous ont donc permis de confirmer que les effets pro-inflammatoires de la TDA chez les patients du cancer de la prostate ciblaient spécifiquement les lymphocytes T et les macrophages. L’hypothèse intéressante découlant de cette étude est que les androgènes pourraient réguler l’expression de mécanismes immunosuppressifs dans la tumeur primaire. Dans le chapitre V, nous avons donc étudié l’expression de mécanismes immunosuppressifs par les cellules cancéreuses du cancer de la prostate ainsi que leur régulation par les androgènes. Notre analyse démontre que les androgènes augmentent l’expression de molécules à propriétés immunosuppressives telles que l’arginase I et l’arginase II. Cette surexpression dépend de l’activité du récepteur aux androgènes. Chez les patients castrés, l’expression de l’arginase II était diminuée suggérant une régulation androgénique in vivo. Nous avons observé que l’arginase I et l’arginase II participent à la prolifération des cellules du cancer de la prostate ainsi qu’à leur potentiel immunosuppressif. Finalement, nous avons découvert que l’expression de l’interleukin-8 était aussi régulée par les androgènes. De plus, l’interleukin-8, indépendamment des androgènes, augmente l’expression de l’arginase II. Ces résultats confirment que les androgènes participent au développement d’une microenvironnement immunosuppressif dans le cancer de la prostate en régulant l’expression de l’arginase I, l’arginase II et l’interleukin-8. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse témoignent du caractère unique du microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate. Nos travaux ont également permis d’établir de nouvelles techniques basées sur des logiciels d’analyse d’image afin de mieux comprendre le dialogue entre la tumeur et le système immunitaire chez les patients. Approfondir les connaissances sur les mécanismes de régulation du microenvironnement immunologique chez les patients atteint du cancer de la prostate permettra d’optimiser des immunothérapies mieux adaptées à éradiquer cette maladie.

Modulators and effectors of inositol hexakisphosphate activity in prostate cancer cells : from clinical prognosis to enhanced therapeutics

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

Sunlight exposure and prostate cancer risk : a case-control study in Montreal, Canada

Objectifs: Évaluer l’association entre l’exposition récréative, professionnelle et globale au soleil et le risque de cancer de la prostate (CaP). Méthodes: Dans le contexte d’une étude cas-témoins sur le CaP menée à Montréal, Canada, des entrevues ont été complétées auprès de 1371 cas incidents de CaP diagnostiqués en 2005-2009, et 1479 témoins de la population générale. Des questionnaires détaillés ont permis d’obtenir de l’information sur la fréquence et la durée de participation à toute activité extérieure lors des loisirs durant l’âge adulte, ainsi qu’une description de chaque emploi tenu au cours de la vie. Une matrice emploi-exposition canadienne a été appliquée à chaque emploi afin d’assigner un niveau d’exposition professionnelle au soleil. Des indices cumulatifs de l’exposition au soleil basés sur le nombre d’événements récréatifs, la durée d’exposition professionnelle, ainsi qu’un indice d’exposition global ont été développés. La régression logistique a été utilisée pour estimer l’association entre chaque indice d’exposition et le CaP, en ajustant pour des variables de confusion potentielles. Résultats: Globalement, il n’y avait pas d’association entre chacun des indices d’exposition et le risque de CaP. Certaines tendances en accord avec un risque légèrement plus faible chez les hommes exposés au soleil ont été observées mais les résultats n’étaient pas statistiquement significatifs et il n’y avait pas de relation dose-réponse. Conclusion: Notre étude apporte peu de soutien à l’hypothèse d’une association entre l’exposition au soleil et le risque de développer un cancer de la prostate.

A systematic analysis of the detrimental effect of hormonotherapy on skeletal and non-skeletal morbidities in male with prostate cancer

Plusieurs patients atteints d’un cancer de la prostate (CaP) se verront prescrire l'hormonothérapie (HT) en raison du stade avancé ou en cas d’une récidive de la maladie, pour freiner la progression de la maladie et améliorer leur survie. Cependant, l’HT présente des effets pouvant nuire significativement à la santé du patient.

Evaluating DNA damage response (DDR) activation in human prostate cancer

Introduction: Au Canada, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes et le plus mortel après les cancers du poumon et du côlon. Il y a place à optimiser le traitement du cancer de la prostate de manière à mettre en œuvre une médecine personnalisée qui s’adapte aux caractéristiques de la maladie de chaque patient de façon individuelle. Dans ce mémoire, nous avons évalué la réponse aux dommages de l’ADN (RDA) comme biomarqueur potentiel du cancer de la prostate. Les lésions potentiellement oncogènes de l'ADN déclenche une cascade de signalisation favorisant la réparation de l'ADN et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire pour préserver l’intégrité du génome. La RDA est un mécanisme central de suppression tumorale chez l’homme. La RDA joue un rôle important dans l’arrêt de la prolifération des cellules dont les génomes sont compromis, et donc, prévient la progression du cancer en agissant comme une barrière. Cette réponse cellulaire détermine également comment les cellules normales et cancéreuses réagissent aux agents utilisés pour endommager l'ADN lors du traitement du cancer comme la radiothérapie ou la chimiothérapie, en plus la présence d,un certain niveau de RDA dans les cellules du cancer de la prostate peuvent également influer sur l'issue de ces traitements. L’activation des signaux de la RDA peut agir comme un frein au cancer dans plusieurs lésions pré-néoplasiques de l'homme, y compris le cancer de la prostate. Il a été démontré que la RDA est augmentée dans les cellules de néoplasie intra- épithéliale (PIN) comparativement aux cellules prostatiques normales. Toutefois, le devient de la RDA entre le PIN et l’adénocarcinome est encore mal documenté et aucune corrélation n'a été réalisée avec les données cliniques des patients. Notre hypothèse est que les niveaux d’activation de la RDA seront variables selon les différents grades et agressivité du cancer de la prostate. Ces niveaux pourront être corrélés et possiblement prédire les réponses cliniques aux traitements des patients et aider à définir une stratégie plus efficace et de nouveaux biomarqueurs pour prédire les résultats du traitement et personnaliser les traitements en conséquence. Nos objectifs sont de caractériser l'activation de la RDA dans le carcinome de la prostate et corréler ses données avec les résultats cliniques. Méthodes : Nous avons utilisé des micro-étalages de tissus (tissue microarrays- TMAs) de 300 patients ayant subi une prostatectomie radicale pour un cancer de la prostate et déterminé le niveau d’expression de protéines de RDA dans le compartiment stromal et épithélial des tissus normaux et cancéreux. Les niveaux d’expression de 53BP1, p-H2AX, p65 et p-CHK2 ont été quantifiés par immunofluorescence (IF) et par un logiciel automatisé. Ces marqueurs de RDA ont d’abord été validés sur des TMAs-cellule constitués de cellules de fibroblastes normales ou irradiées (pour induire une activation du RDA). Les données ont été quantifiées à l'aide de couches binaires couramment utilisées pour classer les pixels d'une image pour que l’analyse se fasse de manière indépendante permettant la détection de plusieurs régions morphologiques tels que le noyau, l'épithélium et le stroma. Des opérations arithmétiques ont ensuite été réalisées pour obtenir des valeurs correspondant à l'activation de la RDA qui ont ensuite été corrélées à la récidive biochimique et l'apparition de métastases osseuses. Résultats : De faibles niveaux d'expression de la protéine p65 dans le compartiment nucléaire épithélial du tissu normal de la prostate sont associés à un faible risque de récidive biochimique. Par ailleurs, nous avons aussi observé que de faibles niveaux d'expression de la protéine 53BP1 dans le compartiment nucléaire épithéliale du tissu prostatique normal et cancéreux ont été associés à une plus faible incidence de métastases osseuses. Conclusion: Ces résultats confirment que p65 a une valeur pronostique chez les patients présentant un adénocarcinome de la prostate. Ces résultats suggèrent également que le marqueur 53BP1 peut aussi avoir une valeur pronostique chez les patients avec le cancer de la prostate. La validation d'autres marqueurs de RDA pourront également être corrélés aux résultats cliniques. De plus, avec un suivi des patients plus long, il se peut que ces résultats se traduisent par une corrélation avec la survie. Les niveaux d'activité de la RDA pourront éventuellement être utilisés en clinique dans le cadre du profil du patient comme le sont actuellement l’antigène prostatique spécifique (APS) ou le Gleason afin de personnaliser le traitement.

Glycan alterations of serum proteins as tumour markers. Prostate-specific antigen in prostate cancer and acute-phase proteins in pancreatic cancer

Els pacients amb càncer presenten una taxa de supervivència superior si es diagnostiquen a estadis inicials, per la qual cosa és indispensable disposar de marcadors tumorals adequats. Glicoformes de proteïnes específiques es podrian utilizar com marcadors tumorals. S’han investigat les subformes i glicosilació de l’Antígen Prostàtic Específic (PSA) per millorar la seva capacitat de diagnosis de pacients amb càncer de pròstata vs aquells amb hiperplàsia benigna prostàtica. També s’han avaluat glicoproteïnes sèriques amb alteracions glucídiques en pacients de càncer de pàncrees, comparat amb pacients amb pancreatitis crònica i controls. S’ha observat una disminució de la fucosilació core i sialilació del PSA en càncer de pròstata i un augment de la fucosilació core i Sialyl-Lewis X en algunes Proteïnes de fase Aguda en càncer de pàncrees. Aquest canvis s’haurien d’avaluar en un cohort de pacients més gran per determinar el seu paper en el cribratge, diagnòstic o monitorització dels cancers estudiats.

Relationship between milk consumption and prostate cancer: a short review

Epidemiological evidence based on both case–control and prospective cohort studies points to an overall positive relationship between consumption of milk/dairy products and the risk of developing prostate cancer. There are inconsistencies in the data, but taken together, the increased relative risk does not seem to be high. A number of mechanisms have been proposed to account for the relationship, with most attention being focused on the involvement of calcium/vitamin D, insulin-like growth factor-1 and oestrogens, although it is unlikely that a single factor in milk is implicated. In any event, any added risk of prostate cancer from increased milk consumption has to be set alongside other evidence, which shows that increased milk consumption can provide substantially reduced risk of coronary heart disease, stroke and colorectal cancer, particularly because cardiovascular disease accounts for vastly more deaths than prostate cancer (although the latter is of course restricted to men).

An elevated PSA, which normalizes, does not exclude the presence of prostate cancer

The purpose of this study was to determine the incidence of prostate cancer in patients who have an elevated referral prostate-specific antigen (PSA), which subsequently falls to within their normal age-specific reference range prior to prostate biopsy. The study demonstrated that of the 160 patients recruited, 21 (13%) had a repeat PSA level which had fallen back to within their normal range. Five of these 21 patients (24%) were diagnosed with prostate cancer following biopsy, two of whom had a benign prostate examination. The study, therefore, demonstrates that normalisation of the PSA level prior to biopsy does not exclude the presence of prostate cancer even when the prostate feels benign.

Combined affinity labelling and mass spectrometry analysis of differential cell surface protein expression in normal and prostate cancer cells

Differences in the expression of cell surface proteins between a normal prostate epithelial (1542-NP2TX) and a prostate cancer cell line (1542-CP3TX) derived from the same patient were investigated. A combination of affinity chromatographic purification of biotin-tagged surface proteins with mass spectrometry analysis identified 26 integral membrane proteins and 14 peripheral surface proteins. The findings confirm earlier reports of altered expression in prostate cancer for several cell surface proteins, including ALCAM/CD166, the Ephrin type A receptor, EGFR and the prostaglandin F2 receptor regulatory protein. In addition, several novel findings of differential expression were made, including the voltage-dependent anion selective channel proteins Porin 1 and 2, ecto-5'-nucleotidase (CD73) and Scavenger receptor B1. Cell surface protein expression changed both qualitatively and quantitatively when the cells were grown in the presence of either or both interferon INFalpha and INFgamma. Costimulation with type I and II interferons had additive or synergistic effects on the membrane density of several, mainly peripherally attached surface proteins. Concerted upregulation of surface exposed antigens may be of benefit in immuno-adjuvant-based treatment of interferon-responsive prostate cancer. In conclusion, this study demonstrates that differences in the expression of membrane proteins between normal and prostate cancer cells are reproducibly detectable following vectorial labelling with biotin, and that detailed analysis of extracellular-induced surface changes can be achieved by combining surface-specific labelling with high-resolution two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry.

A system for studying epithelial-stromal interactions reveals distinct inductive abilities of stromal cells from benign prostatic hyperplasia and prostate cancer

The development of normal and abnormal glandular structures in the prostate is controlled at the endocrine and paracrine levels by reciprocal interactions between epithelium and stroma. To study these processes it is useful to have an efficient method of tissue acquisition for reproducible isolation of cells from defined histologies. Here we assessed the utility of a standardized system for acquisition and growth of prostatic cells from different regions of the prostate with different pathologies, and we compared the abilities of stromal cells from normal peripheral zone (PZ-S), benign prostatic hyperplasia (BPH-S), and cancer (CA-S) to induce the growth of a human prostatic epithelial cell line (BPH-1) in vivo. Using the tissue recombination method, we showed that grafting stromal cells (from any histology) alone, or BPH-1 epithelial cells alone produced no visible grafts. Recombining PZ-S with BPH-1 cells also produced no visible grafts (n = 15). Recombining BPH-S with BPH-1 cells generated small, well-organized and sharply demarcated grafts approximately 3-4 mm in diameter (n = 9), demonstrating a moderate inductive ability of BPH-S. Recombining CA-S with BPH-1 cells generated highly disorganized grafts that completely surrounded the host kidney and invaded into adjacent renal tissue, demonstrating induction of an aggressive phenotype. We conclude that acquisition of tissue from toluidine blue dye stained specimens is an efficient method to generate high quality epithelial and/or stromal cultures. Stromal cells derived by this method from areas of BPH and cancer induce epithelial cell growth in vivo which mimics the natural history of these diseases.

Combined affinity labelling and mass spectrometry analysis of differential cell surface protein expression in normal and prostate cancer cells

Differences in the expression of cell surface proteins between a normal prostate epithelial (1542-NP2TX) and a prostate cancer cell line (1542-CP3TX) derived from the same patient were investigated. A combination of affinity chromatographic purification of biotin-tagged surface proteins with mass spectrometry analysis identified 26 integral membrane proteins and 14 peripheral surface proteins. The findings confirm earlier reports of altered expression in prostate cancer for several cell surface proteins, including ALCAM/CD166, the Ephrin type A receptor, EGFR and the prostaglandin F2 receptor regulatory protein. In addition, several novel findings of differential expression were made, including the voltage-dependent anion selective channel proteins Porin 1 and 2, ecto-5'-nucleotidase (CD73) and Scavenger receptor B1. Cell surface protein expression changed both qualitatively and quantitatively when the cells were grown in the presence of either or both interferon INF alpha and INF gamma. Costimulation with type I and II interferons had additive or synergistic effects on the membrane density of several, mainly peripherally attached surface proteins. Concerted upregulation of surface exposed antigens may be of benefit in immuno-adjuvant-based treatment of interferon-responsive prostate cancer. In conclusion, this study demonstrates that differences in the expression of membrane proteins between normal and prostate cancer cells are reproducibly detectable following vectorial labelling with biotin, and that detailed analysis of extracellular-induced surface changes can be achieved by combining surface-specific labelling with high-resolution two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry.