Multimodal therapy for complete regression of malignant melanoma using constrained nonlinear optimal dynamic inversion

Using a realistic nonlinear mathematical model for melanoma dynamics and the technique of optimal dynamic inversion (exact feedback linearization with static optimization), a multimodal automatic drug dosage strategy is proposed in this paper for complete regression of melanoma cancer in humans. The proposed strategy computes different drug dosages and gives a nonlinear state feedback solution for driving the number of cancer cells to zero. However, it is observed that when tumor is regressed to certain value, then there is no need of external drug dosages as immune system and other therapeutic states are able to regress tumor at a sufficiently fast rate which is more than exponential rate. As model has three different drug dosages, after applying dynamic inversion philosophy, drug dosages can be selected in optimized manner without crossing their toxicity limits. The combination of drug dosages is decided by appropriately selecting the control design parameter values based on physical constraints. The process is automated for all possible combinations of the chemotherapy and immunotherapy drug dosages with preferential emphasis of having maximum possible variety of drug inputs at any given point of time. Simulation study with a standard patient model shows that tumor cells are regressed from 2 x 107 to order of 105 cells because of external drug dosages in 36.93 days. After this no external drug dosages are required as immune system and other therapeutic states are able to regress tumor at greater than exponential rate and hence, tumor goes to zero (less than 0.01) in 48.77 days and healthy immune system of the patient is restored. Study with different chemotherapy drug resistance value is also carried out. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sapodilla Plum (Achras sapota) Induces Apoptosis in Cancer Cell Lines and Inhibits Tumor Progression in Mice

Intake of fruits rich in antioxidants in daily diet is suggested to be cancer preventive. Sapota is a tropical fruit grown and consumed extensively in several countries including India and Mexico. Here we show that methanolic extracts of Sapota fruit (MESF) induces cytotoxicity in a dose-dependent manner in cancer cell lines. Cell cycle analysis suggested activation of apoptosis, without arresting cell cycle progression. Annexin V-propidium iodide double-staining demonstrated that Sapota fruit extracts potentiate apoptosis rather than necrosis in cancer cells. Loss of mitochondrial membrane potential, upregulation of proapoptotic proteins, activation of MCL-1, PARP-1, and Caspase 9 suggest that MESF treatment leads to activation of mitochondrial pathway of apoptosis. More importantly, we show that MESF treatment leads to significant inhibition of tumor growth and a 3-fold increase in the life span of tumor bearing animals compared to untreated tumor mice.

Rrp1B gene polymorphism (1307T > C) in metastatic progression of breast cancer

Rrp1B (ribosomal RNA processing1 homolog B) is a novel candidate metastasis modifier gene in breast cancer. Functional gene assays demonstrated that a physical and functional interaction existing between Rrp1b and metastasis modifier gene SIPA1 causes reduction in the tumor growth and metastatic potential. Ectopic expression of Rrp1B modulates various metastasis predictive extra cellular matrix (ECM) genes associated with tumor suppression. The aim of this study is to determine the functional significance of single nucleotide polymorphism (SNP) in human Rrp1B gene (1307 T > C; rs9306160) with breast cancer development and progression. The study consists of 493 breast cancer cases recruited from Nizam's Institute of Medical Sciences, Hyderabad, and 558 age-matched healthy female controls from rural and urban areas. Genomic DNA was isolated by non-enzymatic method. Genotyping was done by amplification refractory mutation system (ARMS-PCR) method. Genotypes were reconfirmed by sequencing and results were analyzed statistically. We have performed Insilco analysis to know the RNA secondary structure by using online tool m fold. The TT genotype and T allele frequencies of Rrp1B1307 T > C polymorphism were significantly elevated in breast cancer (chi (2); p = < 0.008) cases compared to controls under different genetic models. The presence of T allele had conferred 1.75-fold risk for breast cancer development (OR = 1.75; 95 % CI = 1.15-2.67). The frequency of TT genotype of Rrp1b 1307T > C polymorphism was significantly elevated in obese patients (chi (2); p = 0.008) and patients with advanced disease (chi (2); p = 0.01) and with increased tumor size (chi (2); p = 0.01). Moreover, elevated frequency of T allele was also associated with positive lymph node status (chi (2); p = 0.04) and Her2 negative receptor status (chi (2); p = 0.006). Presence of Rrp1b1307TT genotype and T allele confer strong risk for breast cancer development and progression.

A novel DNA intercalator, 8-methoxy pyrimido4 `,5 `:4,5]thieno (2,3-b)quinoline-4(3H)-one induces apoptosis in cancer cells, inhibits the tumor progression and enhances lifespan in mice with tumor

Polycyclic aromatic molecules such as ellipticine intercalate into double-stranded DNA and interfere with physiological functions. In the present study, we evaluate the chemotherapeutic potential of MPTQ on animal models and its mode of action. In order to test the antitumor activity, monohydrochloride of MPTQ was orally administered in mice bearing tumor. Results showed a significant inhibition of tumor growth compared to that of untreated controls. More importantly, mean lifespan of tumor bearing animals treated with MPTQ was significantly higher as compared to that of untreated tumor bearing mice suggesting that the treatment affected viability of cancerous cells, but not of normal cells. Consistent with this, we find that administration of MPTQ to normal mice did not cause any major side effects as observed upon hematological and serum profiling. We also found that MPTQ induces cytotoxicity in cancer cell lines, by activating apoptosis both by intrinsic and extrinsic pathways. Thus, MPTQ could be used as a potential cancer therapeutic agent. (c) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Glioblastoma-derived Macrophage Colony-stimulating Factor (MCSF) Induces Microglial Release of Insulin-like Growth Factor-binding Protein 1 (IGFBP1) to Promote Angiogenesis

Glioblastoma (grade IV glioma/GBM) is the most common primary adult malignant brain tumor with poor prognosis. To characterize molecular determinants of tumor-stroma interaction in GBM, we profiled 48 serum cytokines and identified macrophage colony-stimulating factor (MCSF) as one of the elevated cytokines in sera from GBM patients. Both MCSF transcript and protein were up-regulated in GBM tissue samples through a spleen tyrosine kinase (SYK)-dependent activation of the PI3K-NF kappa B pathway. Ectopic overexpression and silencing experiments revealed that glioma-secreted MCSF has no role in autocrine functions and M2 polarization of macrophages. In contrast, silencing expression of MCSF in glioma cells prevented tube formation of human umbilical vein endothelial cells elicited by the supernatant from monocytes/microglial cells treated with conditioned medium from glioma cells. Quantitative proteomics based on stable isotope labeling by amino acids in cell culture showed that glioma-derived MCSF induces changes in microglial secretome and identified insulin-like growth factor-binding protein 1 (IGFBP1) as one of the MCSF-regulated proteins secreted by microglia. Silencing IGFBP1 expression in microglial cells or its neutralization by an antibody reduced the ability of supernatants derived from microglial cells treated with glioma cell-conditioned medium to induce angiogenesis. In conclusion, this study shows up-regulation of MCSF in GBM via a SYK-PI3K-NF kappa B-dependent mechanism and identifies IGFBP1 released by microglial cells as a novel mediator of MCSF-induced angiogenesis, of potential interest for developing targeted therapy to prevent GBM progression.

Extract of Vernonia condensata, Inhibits Tumor Progression and Improves Survival of Tumor-allograft Bearing Mouse

Medicinal plants are considered as one of the ideal sources for cancer therapy due to their bioactive contents and low toxicity to humans. Vernonia genus is one of the common medicinal plants, which has wide spread usage in food and medicine. However, there are limited studies to explore its anticancer properties. In the current study, we have used Vernonia condensata, to explore its anticancer activity using various approaches. Here, we show that extract prepared from Vernonia condensata (VCE) exhibits cytotoxic properties against various cancer cells in a dose- and time-dependent manner. Interestingly, when treated with VCE, there was no significant cytotoxicity in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). Flow cytometry analysis revealed that although VCE induced cell death, arrest was not observed. VCE treatment led to disruption of mitochondrial membrane potential in a concentration dependent manner resulting in activation of apoptosis culminating in cell death. Immunoblotting studies revealed that VCE activated intrinsic pathway of apoptosis. More importantly, VCE treatment resulted in tumor regression leading to significant enhancement in life span in treated mice, without showing any detectable side effects. Therefore, for the first time our study reveals the potential of extract from Vernonia condensata to be used as an anticancer agent.

A Proteomic Study on Cell Cycle Progression of Endothelium Exposed to Tumor Conditioned Medium and the Possible Role of Cyclin D-1/E

This study was designed to comprehensively analyze the differential expression of proteins from human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) exposed to tumor conditioned medium (TCM) and to identify the key regulator in the cell cycle progression. The HUVECs were exposed to TCM from breast carcinoma cell line MDA-MB-231, then their cell cycle distribution was measured by flow cytometer (FCM). The role of protein in cell cycle progression was detected via two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2-DE) and western blotting. Following the stimulation of TCM, HUVECs showed a more cells in the S phase than did the negative control group (ECGF-free medium with 20% FBS), but the HUVECs' level was similar to the positive control group (medium with 25 mug/ml ECGF and 20% FBS). Increased expression of cyclin D-1/E and some changes in other related proteins occurred after incubation with TCM. From our results, we can conclude that breast carcinoma cell line MDA-MB-231 may secrete soluble pro-angiogenic factors that induce the HUVEC angiogenic switch, during which the expression of cell cycle regulator cyclin D-1/E increases and related proteins play an important role in this process.

New Oncogenic Drivers in Hepatocellular Carcinoma: Role of the RNA Binding Protein Hu antigen R

156 p. : graf.

Expression and activity profiles of DPP IV/CD26 and NEP/CD10 glycoproteins in the human renal cancer are tumor-type dependent

Background: Cell-surface glycoproteins play critical roles in cell-to-cell recognition, signal transduction and regulation, thus being crucial in cell proliferation and cancer etiogenesis and development. DPP IV and NEP are ubiquitous glycopeptidases closely linked to tumor pathogenesis and development, and they are used as markers in some cancers. In the present study, the activity and protein and mRNA expression of these glycoproteins were analysed in a subset of clear-cell (CCRCC) and chromophobe (ChRCC) renal cell carcinomas, and in renal oncocytomas (RO). Methods: Peptidase activities were measured by conventional enzymatic assays with fluorogen-derived substrates. Gene expression was quantitatively determined by qRT-PCR and membrane-bound protein expression and distribution analysis was performed by specific immunostaining. Results: The activity of both glycoproteins was sharply decreased in the three histological types of renal tumors. Protein and mRNA expression was strongly downregulated in tumors from distal nephron (ChRCC and RO). Moreover, soluble DPP IV activity positively correlated with the aggressiveness of CCRCCs (higher activities in high grade tumors). Conclusions: These results support the pivotal role for DPP IV and NEP in the malignant transformation pathways and point to these peptidases as potential diagnostic markers.

Involvement of ANXA5 and ILKAP in Susceptibility to Malignant Melanoma

Single nucleotide-polymorphisms (SNPs) are a source of diversity among human population, which may be responsible for the different individual susceptibility to diseases and/or response to drugs, among other phenotypic traits. Several low penetrance susceptibility genes associated with malignant melanoma (MM) have been described, including genes related to pigmentation, DNA damage repair and oxidative stress pathways. In the present work, we conducted a candidate gene association study based on proteins and genes whose expression we had detected altered in melanoma cell lines as compared to normal melanocytes. The result was the selection of 88 loci and 384 SNPs, of which 314 fulfilled our quality criteria for a case-control association study. The SNP rs6854854 in ANXA5 was statistically significant after conservative Bonferroni correction when 464 melanoma patients and 400 controls were analyzed in a discovery Phase I. However, this finding could not be replicated in the validation phase, perhaps because the minor allele frequency of SNP rs6854854 varies depending on the geographical region considered. Additionally, a second SNP (rs6431588) located on ILKAP was found to be associated with melanoma after considering a combined set of 1,883 MM cases and 1,358 disease-free controls. The OR was 1.29 (95% CI 1.12-1.48; p-value= 4x10(-4)). Both SNPs, rs6854854 in ANXA5 and rs6431588 in ILKAP, show population structure, which, assuming that the Spanish population is not significantly structured, suggests a role of these loci on a specific genetic adaptation to different environmental conditions. Furthermore, the biological relevance of these genes in MM is supported by in vitro experiments, which show a decrease in the transcription levels of ANXA5 and ILKAP in melanoma cells compared to normal melanocytes.

Mecanismos celulares e moleculares envolvidos com alterações na expressão de glicanos durante a progressão do câncer colorretal

O câncer colorretal representa uma das maiores causas de morbidade e mortalidade relacionadas ao câncer. No Brasil, é o terceiro tipo de câncer mais frequente em homens e mulheres. Muitos estudos estão sendo desenvolvidos no sentido de esclarecer os diversos aspectos moleculares que regulam as alterações fenotípicas exibidas pelas células que constituem o câncer colorretal, no entanto, comparativamente, ainda são poucos os que são dedicados a investigar o papel de modificações co- e pós-traducionais neste processo. Entre os vários tipos destas modificações que ocorrem em proteínas, a glicosilação é a mais comum. Cogita-se que aproximadamente cinquenta por cento de todas as proteínas são glicosiladas. Durante a transformação maligna, mudanças no perfil de expressão de glicanos (carboidratos covalentemente ligados a proteínas ou lipídios) estão envolvidas em uma variedade de mecanismos celulares, tais como: perda da adesão célula-célula e célula matriz, migração, invasão e evasão da apoptose. Neste estudo, foi investigada a atividade antitumoral de inibidores da biossíntese de N-glicanos, swainsonina e tunicamicina, em células derivadas de câncer colorretal (Caco-2, HCT-116 e HT-29). Os resultados obtidos mostram que o tratamento das células HCT-116 com tunicamicina inibe mecanismos celulares relacionados ao fenótipo maligno, como formação de colônia dependente e independente de ancoragem, migração e invasão. Estes resultados sugerem que modulação da biossíntese de N-glicanos parece ser uma potencial ferramenta terapêutica para o tratamento do câncer colorretal. Em outra etapa do trabalho, foram avaliados também o impacto da estimulação com insulina e IGF-1 na expressão N-glicanos bissectados em células tumorais MDA-MB-435. Os resultados obtidos confirmaram também a existência de uma relação entre a estimulação dos receptores de insulina e IGF-1 e a regulação da expressão de N-glicanos bissectados em células tumorais MDA-MB-435, fornecendo assim informações relevantes sobre o papel desempenhado pela sinalização de insulina e IGF-1 durante a progressão de carcinomas.

MicroRNAs in breast cancer progression and DNA damage response

Os tumores de mama são caracterizados pela sua alta heterogeneidade. O câncer de mama é uma doença complexa, que possui o seu desenvolvimento fortemente influenciado por fatores ambientais, combinada a uma progressiva acumulação de mutações genéticas e desregulação epigenética de vias críticas. Alterações nos padrões de expressão gênica podem ser resultado de uma desregulação no controle de eventos epigenéticos, assim como, na regulação pós-transcricional pelo mecanismo de RNA de interferência endógeno via microRNA (miRNA). Estes eventos são capazes de levar à iniciação, à promoção e à manutenção da carcinogênese, como também ter implicações no desenvolvimento da resistência à terapia Os miRNAs formam uma classe de RNAs não codificantes, que durante os últimos anos surgiram como um dos principais reguladores da expressão gênica, através da sua capacidade de regular negativamente a atividade de RNAs mensageiros (RNAms) portadores de uma seqüencia parcialmente complementar. A importância da regulação mediada por miRNAs foi observada pela capacidade destas moléculas em regular uma vasta gama de processos biológicos incluindo a proliferação celular, diferenciação e a apoptose. Para avaliar a expressão de miRNAs durante a progressão tumoral, utilizamos como modelo experimental a série 21T que compreende 5 linhagens celulares originárias da mesma paciente diagnosticada com um tumor primário de mama do tipo ErbB2 e uma posterior metástase pulmonar. Essa série é composta pela linhagem obtida a partir do tecido normal 16N, pelas linhagens correspondentes ao carcinoma primário 21PT e 21NT e pelas linhagens obtidas um ano após o diagnóstico inicial, a partir da efusão pleural no sítio metastatico 21MT1 e 21MT2. O miRNAoma da série 21T revelou uma redução significativa nos níveis de miR-205 e nos níveis da proteina e-caderina e um enriquecimento do fator pró-metastático ZEB-1 nas células 21MT. Considerando a importância dos miRNAs na regulação da apoptose, e que a irradiação em diferentes espectros é comumente usada em procedimentos de diagnóstico como mamografia e na radioterapia, avaliamos a expressão de miRNAs após irradiação de alta e baixa energia e do tratamento doxorrubicina. Para os ensaios foram utilizados as linhagens não tumorais MCF-10A e HB-2 e as linhagens de carcinoma da mama MCF-7 e T-47D. Observou-se que raios-X de baixa energia são capazes de promover quebras na molécula do DNA e apoptose assim como, alterar sensivelmente miRNAs envolvidos nessas vias como o let-7a, miR-34a e miR-29b. No que diz respeito à resposta a danos genotóxicos, uma regulação positiva sobre a expressão de miR-29b, o qual em condições normais é regulado negativamente foi observada uma regulação positiva sobre miR-29b expressão após todos os tratamentos em células tumorais. Nossos resultados indicam que miR-29b é um possível biomarcador de estresse genotóxico e que miR-205 pode participar no potencial metastático das células 21T.

Influência da superexpressão da claudina-3 na radiorresposta de células de câncer de cólon

O câncer colorretal (CCR) é o terceiro tipo de câncer mais incidente no mundo para o sexo masculino, o segundo para o sexo feminino e a radioterapia é um dos tratamentos de primeira linha no combate a este tipo de câncer. Durante a progressão do CCR as células sofrem alterações morfogenéticas, sendo a desorganização do complexo juncional apical (CJA) um dos eventos iniciais desse processo. As junções oclusivas (JTs) são um dos principais componentes da CJA e desempenham papel importante no controle do fluxo paracelular, na determinação da polaridade celular e na transdução de sinais relacionados com a progressão tumoral. As claudinas são proteínas transmembrana, constituintes das JTs e cumprem um importante papel no controle desses eventos. Alterações na expressão das claudinas são observadas em tumores de diferentes órgãos e têm sido relacionadas com a progressão tumoral. No entanto os mecanismos que regulam essas alterações e sua consequência na progressão do CCR são poucos conhecidos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a influência da superexpressão da claudina-3 na radiorresposta de células CCR. Nossos resultados mostraram que a superexpressão de claudina-3 minimiza alterações morfológicas causadas pela radiação, causa diminuição da resistência elétrica transepitelial e não tem efeito na permeabilidade a macromoléculas após a irradiação. Além disso, observamos que a superexpressão de claudina-3 aumenta o potencial proliferativo das células e que esta característica torna as células mais sensíveis a radiação. Porém quando avaliamos eventos celulares relacionados a progressão tumoral observamos que apesar da radiação diminuir a capacidade migratória das progênies, as células que superexpressam claudina-3 apresentam migração mais elevada. Além disso, verificamos que a superexpressão de claudina-3 diminui a invasão e a capacidade de formação de colônias frente ao tratamento com a radiação. Em seguida fomos avaliar o efeito da inibição das vias de proliferação (MEK/ERK) e sobrevivência (PI3K-Akt) na resposta das células que superexpressam claudina-3 frente a radiação. Observamos que a inibição de MEK é capaz de sensibilizar as células que superexpressam claudina-3 à radiação no ensaio de proliferação celular, no entanto a inibição de MEK e PI3K antes da exposição à radiação é capaz aumentar a migração e a capacidade de formação de colônias de células que superexpressam claudina-3 contribuindo para o aumento do potencial maligno. Em conjunto nossos resultados mostram que a superexpressão de claudina-3 contribui para um fenótipo mais maligno, no entanto frente ao tratamento com a radiação é capaz de sensibilizar as células.

Dose terapêutica de radiação ionizante induz um fenótipo migratório em células de carcinoma de colon humano (caco-2): vias de sinalização envolvidas

O câncer colo-retal é a terceira neoplasia mais frequente em todo o mundo e a recorrência local e neoplasia refratária são desafios no tratamento do câncer colo-retal após a cirurgia convencional. Com o intuito de controlar a recorrência e aumentar a média de sobrevida dos pacientes, uma estratégia multidisciplinar que combina a radioterapia (RT) e a quimioterapia com o processo cirúrgico tem sido protocolo clínico de escolha. Embora esta combinação seja capaz de otimizar o tratamento, nem todos os pacientes são beneficiados com o protocolo quimio-rádio combinado, uma vez que existem os insucessos terapêuticos relacionados com a incidência de neoplasias secundárias tardias em pacientes que foram submetidos à RT para tratamento de neoplasias anteriores. Além da doença refratária, outro agravante da RT são os efeitos colaterais produzidos pela radiação ionizante (IR), em especial àqueles do trato gastrointestinal. Estes efeitos estão relacionados com alterações da homeostase do epitélio intestinal, através da desorganização dos complexos juncionais. Porém, os mecanismos que medeiam estes efeitos ainda não estão elucidados. Este estudo avaliou as vias de sinalização que medeiam os efeitos da IR em células Caco-2. Foi observado que a IR causa uma desorganização da junção aderente via Src, EGFR e MAPK, sendo estas alterações acompanhadas por desorganização do citoesqueleto de actina em todo o volume celular. Src, EGFR e MAPK participam de maneira diferenciada na modulação destes efeitos. Observamos também que a radiação aumenta a motilidade dessas células via Src e MAPK e não induz alteração na proliferação celular até 48 horas após o tratamento. Este é o primeiro trabalho que correlaciona vias de sobrevivência celular como Src, EGFR e MAPK com alterações nas proteínas de junção aderente, alterações do citoesqueleto e migração celular. Estes eventos são relacionados aos efeitos colaterais primários e tardios induzidos pela IR, e podem favorecer à aquisição de um fenótipo maligno herdável durante o fracionamento de doses na RT, favorecendo a progressão tumoral do câncer colo-retal. Logo, além da correlação das vias de sinalização envolvidas nos eventos induzidos pela IR mostrados neste estudo, os resultados também corroboram para um melhor entendimento da atividade farmacológica dos inibidores químicos utilizados, uma vez que muitos deles encontram-se em fase de ensaios pré-clínicos e clínicos.

Expression of CD175 (Tn), CD175s (sialosyl-Tn) and CD176 (Thomsen-Friedenreich antigen) on malignant human hematopoietic cells

The expression of the histo-blood group carbohydrate structures T-nouvelle (Tn, CD175), sialylated To (CD175s) and the Thomsen-Friedenreich disaccharide (TF, CD176) on human leukemia cell lines was analyzed by their reactivity with specific monoclonal ant