Histone deacetylase inhibitors suppress thymidylate synthase gene expression and synergize with the fluoropyrimidines in colon cancer cells

Despite recent therapeutic advances, the response rates to chemotherapy for patients with metastatic colon cancer remain at approximately 50% with the fluoropyrimidine, 5-fluorouracil (5-FU), continuing to serve as the foundation chemotherapeutic agent for the treatment of this disease. Previous studies have demonstrated that overexpression of thymidylate synthase (TS) is a key determinant of resistance to 5-FU-based chemotherapy. Therefore, there is a significant need to develop alternative therapeutic strategies to overcome TS-mediated resistance. In this study, we demonstrate that the histone deacetylase inhibitors (HDACi) vorinostat and LBH589 significantly downregulate TS gene expression in a panel of colon cancer cell lines. Downregulation of TS was independent of p53, p21 and HDAC2 expression and was achievable in vivo as demonstrated by mouse xenograft models. We provide evidence that HDACi treatment leads to a potent transcriptional repression of the TS gene. Combination of the fluoropyrimidines 5-FU or FUdR with both vorinostat and LBH589 enhanced cell cycle arrest and growth inhibition. Importantly, the downstream effects of TS inhibition were significantly enhanced by this combination including the inhibition of acute TS induction and the enhanced accumulation of the cytotoxic nucleotide intermediate dUTP. These data demonstrate that HDACi repress TS expression at the level of transcription and provides the first evidence suggesting a direct mechanistic link between TS downregulation and the synergistic interaction observed between HDACi and 5-FU. This study provides rationale for the continued clinical evaluation of HDACi in combination with 5-FU-based therapies as a strategy to overcome TS-mediated resistance.

Protein disulphide isomerase as a target for nanoparticle-mediated sensitisation of cancer cells to radiation

Radiation resistance and toxicity in normal tissues are limiting factors in the efficacy of radiotherapy. Gold nanoparticles (GNPs) have been shown to be effective at enhancing radiation-induced cell death, and were initially proposed to physically enhance the radiation dose deposited. However, biological responses of GNP radiosensitization based on physical assumptions alone are not predictive of radiosensitisation and therefore there is a fundamental research need to determine biological mechanisms of response to GNPs alone and in combination with ionising radiation. This study aimed to identify novel mechanisms of cancer cell radiosensitisation through the use of GNPs, focusing on their ability to induce cellular oxidative stress and disrupt mitochondrial function. Using N-acetyl-cysteine, we found mitochondrial oxidation to be a key event prior to radiation for the radiosensitisation of cancer cells and suggests the overall cellular effects of GNP radiosensitisation are a result of their interaction with protein disulphide isomerase (PDI). This investigation identifies PDI and mitochondrial oxidation as novel targets for radiosensitisation.

Role of β-adrenergic signaling in ovarian cancer cells biology

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Enoxacin inhibits growth of prostate cancer cells and effectively restores microRNA processing

Prostate cancer (PCa) is one of the most incident malignancies worldwide. Although efficient therapy is available for early-stage PCa, treatment of advanced disease is mainly ineffective and remains a clinical challenge. microRNA (miRNA) dysregulation is associated with PCa development and progression. In fact, several studies have reported a widespread downregulation of miRNAs in PCa, which highlights the importance of studying compounds capable of restoring the global miRNA expression. The main aim of this study was to define the usefulness of enoxacin as an anti-tumoral agent in PCa, due to its ability to induce miRNA biogenesis in a TRBP-mediated manner. Using a panel of five PCa cell lines, we observed that all of them were wild type for the TARBP2 gene and expressed TRBP protein. Furthermore, primary prostate carcinomas displayed normal levels of TRBP protein. Remarkably, enoxacin was able to decrease cell viability, induce apoptosis, cause cell cycle arrest, and inhibit the invasiveness of cell lines. Enoxacin was also effective in restoring the global expression of miRNAs. This study is the first to show that PCa cells are highly responsive to the anti-tumoral effects of enoxacin. Therefore, enoxacin constitutes a promising therapeutic agent for PCa.

Anti-tumoral effect of the non-nucleoside DNMT inhibitor RG108 in human prostate cancer cells

Background: Current therapeutic strategies for advanced prostate cancer (PCa) are largely ineffective. Because aberrant DNA methylation associated with inappropriate gene-silencing is a common feature of PCa, DNA methylation inhibitors might constitute an alternative therapy. In this study we aimed to evaluate the anti-cancer properties of RG108, a novel non-nucleoside inhibitor of DNA methyltransferases (DNMT), in PCa cell lines. Methods: The anti-tumoral impact of RG108 in LNCaP, 22Rv1, DU145 and PC-3 cell lines was assessed through standard cell viability, apoptosis and cell cycle assays. Likewise, DNMT activity, DNMT1 expression and global levels of DNA methylation were evaluated in the same cell lines. The effectiveness of DNA demethylation was further assessed through the determination of promoter methylation and transcript levels of GSTP1, APC and RAR-β2, by quantitative methylation-specific PCR and RT-PCR, respectively. Results: RG108 led to a significant dose and time dependent growth inhibition and apoptosis induction in LNCaP, 22Rv1 and DU145. LNCaP and 22Rv1 also displayed decreased DNMT activity, DNMT1 expression and global DNA methylation. Interestingly, chronic treatment with RG108 significantly decreased GSTP1, APC and RAR-β2 promoter hypermethylation levels, although mRNA re-expression was only attained GSTP1 and APC. Conclusions: RG108 is an effective tumor growth suppressor in most PCa cell lines tested. This effect is likely mediated by reversion of aberrant DNA methylation affecting cancer related-genes epigenetically silenced in PCa. However, additional mechanism might underlie the anti-tumor effects of RG108. In vivo studies are now mandatory to confirm these promising results and evaluate the potential of this compound for PCa therapy.

Systematic identification of genomic markers of drug sensitivity in cancer cells.

Clinical responses to anticancer therapies are often restricted to a subset of patients. In some cases, mutated cancer genes are potent biomarkers for responses to targeted agents. Here, to uncover new biomarkers of sensitivity and resistance to cancer therapeutics, we screened a panel of several hundred cancer cell lines--which represent much of the tissue-type and genetic diversity of human cancers--with 130 drugs under clinical and preclinical investigation. In aggregate, we found that mutated cancer genes were associated with cellular response to most currently available cancer drugs. Classic oncogene addiction paradigms were modified by additional tissue-specific or expression biomarkers, and some frequently mutated genes were associated with sensitivity to a broad range of therapeutic agents. Unexpected relationships were revealed, including the marked sensitivity of Ewing's sarcoma cells harbouring the EWS (also known as EWSR1)-FLI1 gene translocation to poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors. By linking drug activity to the functional complexity of cancer genomes, systematic pharmacogenomic profiling in cancer cell lines provides a powerful biomarker discovery platform to guide rational cancer therapeutic strategies.

PROX1 Promotes Metabolic Adaptation and Fuels Outgrowth of Wnt(high) Metastatic Colon Cancer Cells.

The Wnt pathway is abnormally activated in the majority of colorectal cancers, and significant knowledge has been gained in understanding its role in tumor initiation. However, the mechanisms of metastatic outgrowth in colorectal cancer remain a major challenge. We report that autophagy-dependent metabolic adaptation and survival of metastatic colorectal cancer cells is regulated by the target of oncogenic Wnt signaling, homeobox transcription factor PROX1, expressed by a subpopulation of colon cancer progenitor/stem cells. We identify direct PROX1 target genes and show that repression of a pro-apoptotic member of the BCL2 family, BCL2L15, is important for survival of PROX1(+) cells under metabolic stress. PROX1 inactivation after the establishment of metastases prevented further growth of lesions. Furthermore, autophagy inhibition efficiently targeted metastatic PROX1(+) cells, suggesting a potential therapeutic approach. These data identify PROX1 as a key regulator of the transcriptional network contributing to metastases outgrowth in colorectal cancer.

Investigation of the Expression of Glucose Transporter Proteins in Human Cancer Cells

Cancer cells are known to display increased glucose uptake and consumption. The glucose transporter (GLUT) proteins facilitate glucose uptake, however, their exact role in cancer metabolism remains unclear. The present study examined mRNA and protein expression of GLUT1, GLUT3, GLUT4 and GLUT12 in lung, breast and prostate cancer cells and corresponding noncancerous cells. Additionally, GLUT expression was determined in tumours from mice xenografted with human cancer cells. Differences in the mRNA and protein expression of GLUTs were found between cancerous and corresponding noncancerous cells. These findings demonstrate abundant expression of GLUT1 in cancer and highlight the importance of GLUT3 as it was expressed in several cancer cells and tumours. GLUT expression patterns in vitro were supported by the in vivo findings. The study of GLUT protein expression in cancer is important for understanding cancer metabolism and may lead to identification of biomarkers of cancer progression and development of target therapies.

Investigation of the Biological Effects of Rosemary (Rosmarinus Officinalis L.) Extract in Human Lung Cancer Cells

Cancer cells display enhanced growth rates and a resistance to apoptosis. Lung cancer accounts for the most cancer related deaths and non-small cell lung cancer (NSCLC) represents an aggressive form of lung cancer, accounting for almost 80% of all lung cancer cases. The phytochemical rosemary extract (RE) has been reported to have anticancer effects in vitro and in vivo however, limited evidence exists regarding the effects of RE and its polyphenolic constituents carnosic acid (CA) and rosmarinic acid (RA) in lung cancer. The present study shows RE, CA and RA inhibit lung cancer cell proliferation and survival in various NSCLC cell lines and that CA and RA interact synergistically to inhibit cell proliferation. Moreover RE, CA and RA are capable of altering activation and/or expression of Akt, ERK and AMPK, signaling molecules which regulate cell proliferation and survival. RE shows potential as an anticancer agent and should be further investigated.

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.

Characterizing the Expression of Cytochrome P450s in Breast Cancer Cells

Une résistance aux agents anticancéreux utilisés dans le traitement du cancer du sein est souvent associée à un échec de traitement. Des variations dans le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, sont des facteurs pouvant expliquer des phénomènes de résistance. Notre but était d’évaluer l’impact des isoenzymes du CYP450s, dans le métabolisme local des agents anticancéreux. Notre premier objectif était de valider un gène rapporteur pour nos analyses de PCR en temps réel. Pour ce faire, nous avons criblé l’expression de 6 gènes rapporteurs dans 23 lignées cellulaires. NUP-214 a été démontré comme étant le gène rapporteur le plus stable avec un écart-type de seulement 0.55 Ct. Notre deuxième objectif était de déterminer le niveau d’expression des ARNm de 19 isoformes du CYP450 dans plusieurs lignées cellulaires du cancer du sein. Les ARNm des CYP450s ont démontré une très grande variabilité entre les lignées cellulaires. Les isoformes CYP1B1 et CYP2J2 démontrent l’expression la plus importante pour la majorité des lignées. Notre troisième objectif était d’évaluer la corrélation entre l’expression des isoformes des CYP450s et leur activité métabolique en utilisant les substrats spécifiques du CYP1B1 et 2J2, 7-éthoxyrésorufine et ébastine, respectivement. Une forte corrélation (r2=0.99) fut observée entre l’activité métabolique vis-à-vis l’ébastine et l’expression du CYP2J2. De même, le métabolisme du 7-éthoxyrésorufine était fortement corrélé (r2=0.98) avec l’expression du CYP1B1. En résumé, ces résultats suggèrent que le métabolisme local des agents anticancéreux pourrait significativement moduler le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, et pourrait être ainsi, une source de résistance.

Role of the protein tyrosine phosphatase DEP-1 in Src activation and the mediation of biological cell functions of endothelial and breast cancer cells

L’implication des protéines tyrosines phosphatases (PTPs) dans la régulation de la signalisation et la médiation des fonctions cellulaires a été bien établie dans les dernières années. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les PTPs régulent les processus fondamentaux tels que l’angiogenèse demeurent méconnus. Il a été rapporté que l’expression de la PTP DEP-1 (Density-enhanced phosphatase 1) augmente avec la densité cellulaire et corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2. Cette déphosphorylation contribue à l’inhibition de contact dans les cellules endothéliales à confluence et diminue l’activité du VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement ses résidus catalytiques Y1054/1059. De plus, la plupart des voies de signalisation en aval du VEGFR2 sont diminuées sauf la voie Src-Gab1-AKT. DEP-1 déphosphoryle la Y529 de Src et contribue à la promotion de la survie dans les cellules endothéliales. L’objectif de cette thèse est de mieux définir le rôle de DEP-1 dans la régulation de l’activité de Src et les réponses biologiques dans les cellules endothéliales. Nous avons identifié les résidus Y1311 et Y1320 dans la queue C-terminale de DEP-1 comme sites majeurs de phosphorylation en réponse au VEGF. La phosphorylation de ces résidus est requise pour l’activation de Src et médie le remodelage des jonctions cellules-cellules dépendantes de Src. Ce remodelage induit la perméabilité, l’invasion et la formation de capillaires en réponse au VEGF. Nos résultats démontrent que la phosphorylation de DEP-1 sur résidu tyrosine est requise pour diriger la spécificité de DEP-1 vers son substrat Src. Les travaux révèlent pour la première fois un rôle positif de DEP-1 sur l’induction du programme angiogénique des cellules endothéliales. En plus de la phosphorylation sur tyrosine, DEP-1 est constitutivement phosphorylé sur la thréonine 1318 situé à proximité de la Y1320 en C-terminal. Cette localisation de la T1318 suggère que ce résidu pourrait être impliqué dans la régulation de la Y1320. En effet, nous avons observé que la T1318 de DEP-1 est phosphorylée potentiellement par CK2, et que cette phosphorylation régule la phosphorylation de DEP-1 sur tyrosine et sa capacité de lier et d’activer Src. En accord avec ces résultats, nos travaux révèlent que la surexpression du mutant DEP-1 T1318A diminue le remodelage des jonctions cellules-cellules et par conséquent la perméabilité. Nos résultats suggèrent donc que la T1318 de DEP-1 constitue un nouveau mécanisme de contrôle de la phosphorylation sur tyrosine et que ceci résulte en l’activation de Src et l’induction des fonctions biologiques des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Suite à ces travaux dans les cellules endothéliales qui démontrent un rôle positif de DEP-1 dans la médiation des réponses angiogéniques, nous avons voulu approfondir nos connaissances sur l’implication potentielle de DEP-1 dans les cellules cancéreuses où l’activité de Src est requise pour la progression tumorale. Malgré le rôle connu de DEP-1 comme suppresseur tumoral dans différents types de cancer, nous avons émis l’hypothèse que DEP-1 pourrait promouvoir les fonctions biologiques dépendantes de Src telles que la migration et l’invasion dans les cellules cancéreuses. Ainsi, nous avons observé que l’expression de DEP-1 est plus élevée dans les lignées basales de cancer du sein qui sont plus invasives comparativement aux lignées luminales peu invasives. Dans les lignées basales, DEP-1 active Src, médie la motilité cellulaire dépendante de Src et régule la localisation des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette. L’analyse d’un micro-étalage de tissu a révélé que l’expression de DEP-1 est associée avec une réduction tendencielle de survie des patients. Nos résultats proposent donc, un rôle de promoteur tumoral pour DEP-1 dans la progression du cancer du sein. Les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que DEP-1 peut agir comme promoteur des réponses angiogéniques et du phénotype pro-invasif des lignées basales du cancer du sein probablement du à sa capacité d’activer Src. Nos résultats suggèrent ainsi que l’expression de DEP-1 pourrait contribuer à la progression tumorale et la formation de métastases. Ces découvertes laissent donc entrevoir que DEP-1 représente une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrer l’angiogenèse et le développement du cancer.

Detecting uterine cervical cancer cells using molecular biomarkers

Arrière-plan: les cellules tumorales circulantes (CTC) sont détectables dans de nombreux cancers et peuvent être utiles cliniquement pour le pronostic de la maladie, pour mesurer la récidive et pour prédire la sensibilité aux medicaments chimiothérapeutiques. Au cours des dernières années, l’études des CTC dans de nombreux cancers tels que le cancer du sein, du poumon, du côlon et de la prostate a grandement évolué. Alternativement, il y peu d'études à ce sujet concernant le cancer du col de l’utérus (CCU). Objectifs: Notre objectif est d’optimiser le processus d'enrichissement des CTC dans le CCU et la détection moléculaire des biomarqueurs E6 et E7. Matériel et Méthodes: Dans l’optique de mimer la présence de CTC dans le sang, nous avons dilué des cellules cancéreuses CaSki VPH16-positif provenant d’un CCU dans du sang humain prélevé sur des volontaires sains. Les CaSki ont été collectées suite à une centrifugation par densité avec le Ficoll, la lyse des globules rouges (RBC) et la lyse des RBC combinée avec un enrichissement positif et négatif à l’aide de marqueurs de surface cellulaire. Les CTC ont été détectées par la mesure d’expression des oncogènes E6 et E7 du virus du papillome humain (VPH), de la cytokératine 19 (CK19) et de la cycline p16INK4 en utilisant la technique quantitative en temps réel de Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR). Pour valider notre méthode de détection des CTC in vivo, nous avons recruté dix patientes atteintes d’un CCU VPH16 positif et six contrôles sains. Résultats: Dans le modèle de dilutions de cellules CaSki, la lyse des RBC seule ou combinée avec l'enrichissement négatif ou positif suggèrent des limites de détection de 1 CTC par mL de sang pour tous les biomarqueurs moléculaires utilisés. La sensibilité de détection est accrue lors de l'utilisation de l’enrichissement positif et négatif en réduisant le bruit de fond causé par les monocytes sanguins. Contrairement aux oncogènes E6 et E7, les marqueurs CK19 et p16INK4A ont été détectés chez des individus sains, les niveaux d'expression de base appropriés doivent donc être déterminés avec précision par rapport aux patientes CCU. Le gradient de densité par Ficoll a une limite de détection de seulement environ 1000 cellules par mL de sang. Enfin, les CTC ont été détectées dans 2/10 patientes en utilisant le marqueur CK19. Cependant, ces patientes étaient négatives pour les oncogènes E6/E7. Le marqueur p16INK4A était exprimé au même niveau dans tous les échantillons (CCU et normaux). Conclusion: Notre étude suggère que les oncogènes E6 et E7 du VPH16 sont les marqueurs biologiques les plus sensibles et spécifiques en qRT-PCR pour détecter les CTC dans le modèle de dilution de cellules de CCU dans le sang. Chez les patientes atteintes d’un CCU de stade précoce, seulement CK19 a révélé la présence potentielle de CTC, ce qui suggère que ces cellules sont rares à ce stade de la maladie. Mots clés: cancer du col de l’utérus, cellules tumorales circulantes, RT-qPCR, E6 et E7, CK19, p16INK4A, enrichissement immunomagnétique, détection moléculaire.

Implicating the mechanisms of ADP-ribosylation factor activation in the resistance of invasive breast cancer cells to EGFR tyrosine kinase inhibitors

ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) est une petite GTPase principalement connue pour son rôle dans la formation de vésicules au niveau de l’appareil de Golgi. Récemment, dans des cellules de cancer du sein, nous avons démontré qu’ARF1 est aussi un médiateur important de la signalisation du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) contrôlant la prolifération, la migration et l'invasion cellulaire. Cependant, le mécanisme par lequel l’EGFR active la GTPase ainsi que le rôle de cette dernière dans la régulation de la fonction du récepteur demeure inconnue. Dans cette thèse, nous avions comme objectifs de définir le mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules de cancer du sein hautement invasif et démontrer que l’activation de cette isoforme de ARF joue un rôle essentiel dans la résistance de ces cellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nos études démontrent que les protéines d’adaptatrices Grb2 et p66Shc jouent un rôle important dans l'activation de ARF1. Alors que Grb2 favorise le recrutement d’ARF1 à l'EGFR ainsi que l'activation de cette petite GTPase, p66Shc inhibe le recrutement du complexe Grb2-ARF1 au récepteur et donc contribue à limiter l’activation d’ARF1. De plus, nous démontrons que ARF1 favorise la résistance aux inhibiteurs des tyrosines kinases dans les cellules de cancer du sein hautement invasif. En effet, une diminution de l’expression de ARF1 a augmenté la sensibilité descellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nous montrons également que de hauts niveaux de ARF1 contribuent à la résistance des cellules à ces médicaments en améliorant la survie et les signaux prolifératifs à travers ERK1/2, Src et AKT, tout en bloquant les voies apoptotiques (p38MAPK et JNK). Enfin, nous mettons en évidence le rôle de la protéine ARF1 dans l’apoptose en réponse aux traitements des inhibiteurs de l’EGFR. Nos résultats indiquent que la dépletion d’ARF1 promeut la mort cellulaire induite par gefitinib, en augmentant l'expression de facteurs pro-apoptotiques (p66shc, Bax), en altérant le potentiel de la membrane mitochondriale et la libération du cytochrome C. Ensemble, nos résultats délimitent un nouveau mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules du cancer du sein hautement invasif et impliquent l’activité d’ARF1 comme un médiateur important de la résistance aux inhibiteurs EGFR.

A human pancreatic ribonuclease variant kills cancer cells by apoptosis and reduces the expression of P-glycoprotein in MDR cell lines

En aquesta tesi s'han estudiat les propietats antitumorals d'una variant de la ribonucleasa pancreàtica humana anomenada PE5 que incorpora un senyal de localització nuclear. Aquest estudi mostra que PE5 indueix l'apoptosi de les cèl·lules tractades i que aquesta mort és independent de l'activitat de p53. A més, l'efecte citotòxic no es veu afectat per un fenotip de resistència a múltiples drogues. Les dades també mostren que l'activitat citotòxica de PE5 és selectiva per a cèl·lules tumorals in vitro i que la capacitat citotòxica de les dues ribonucleases és semblant. S'ha estudiat l'efecte d'aquestes dues ribonucleases sobre el cicle cel·lular, l'activació de diferents caspases i l'expressió de proteïnes relacionades amb l'apoptosi i el cicle cel·lular. Els resultats indiquen que PE5 i l'onconasa maten les cèl·lules a través de mecanismes diferents. A més, PE5 però no l'onconasa, redueix l'acumulació de glicoproteïna-P en dues línies cel·lulars resistents a múltiples drogues.