Doxorubicin induces the cleavage of Poly (ADP-ribose) polymerase, a marker of programmed cell death (apoptosis) in mouse cardiomyocytes

Cancer is one of the leading causes of death in the world. Despite this, a growing number of people are surviving the disease due to medical advancements and the development of numerous new therapies. Doxorubicin, a chemotherapeutic agent, is a widely-used and successful first-line anti-tumour treatment. However, the established toxic and deleterious effects of the drug on the cardiovascular system confer increased risk of congestive heart failure, thereby necessitating the use of reduced doxorubicin doses. In order to investigate how these events are initiated, mouse cardiomyocytes (HL-1) were treated in vitro with varying concentrations of doxorubicin (0.5-4.0 µmol/L). Following treatment (24h), a marked level of cell death was observed in comparison to untreated cardiomyocytes; the level of death appeared to correlate with the concentration of the drug used. Western blotting revealed the cleavage of full length Poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) into 89 and 24kDa fragments, a process which is instrumental in triggering programmed cell death/apoptosis. Importantly, results suggested that this event may be independent of caspase 3 cleavage and thus activation. A number of previous studies have reported a functional role for both Mitofusin-2 (Mfn2) and NADPH oxidase 2 (Nox2) in the cardiotoxic response. Given that PARP cleavage is a validated indicator of cellular apoptosis, these results clearly indicate that this marker could be used in future studies when determining if depletion of the above proteins would cause a reduction in or eradicate the pro-apoptotic action of this agent on cardiomyocytes. Such investigations may lead to significant developments in ensuring that doxorubicin can achieve its full therapeutic anti-tumour potential without causing the subsequent deleterious effects on the cardiovascular system.

Action anti-leucémique des inhibiteurs de la méthylation de l’ADN et de la déacétylation des histones

Les gènes suppresseurs de tumeurs (TSGs) contrôlent la prolifération cellulaire et leur inactivation joue un rôle important dans la leucémogénèse. Deux mécanismes épigénétiques majeurs sont impliqués dans la répression des TSGs: 1- la méthylation de l’ADN et 2- la déacétylation des histones des chromosomes. On les dit épigénétiques car ils n’affectent pas la séquence de l’ADN. Ces phénomènes sont réversibles, faisant donc d’eux des cibles thérapeutiques de choix. Dans le cadre de cette thèse, nous avons évalué le potentiel chimiothérapeutique de différents agents qui visent ces mécanismes épigénétiques et nous les avons administrés seuls et en combinaison dans le but d’améliorer leur efficacité. La 5-aza-2’-désoxycytidine (5-Aza-CdR) est un inhibiteur de la méthylation de l’ADN qui permet la ré-expression des TSGs. Cet agent s’est avéré efficace contre certaines maladies hématologiques et est d’ailleurs approuvé aux États-Unis dans le traitement du syndrome myélodysplasique depuis 2006. Cependant, le protocole d’administration optimal de cet agent, en termes de doses et de durée, n’est toujours pas établi. Nos recherches suggèrent que le celui-ci devrait être plus intensif que ce que rapporte la littérature. Les inhibiteurs des déacétylases des histones (HDACi) ont également montré une activité antinéoplasique intéressante. De récentes recherches ont montré que la combinaison d’agents ciblant à la fois la méthylation de l’ADN et la déacétylation des histones produit une réactivation synergique des TSGs, ce à quoi nous nous sommes intéressé. Nous avons observé que la co-administration d’un HDACi avec la 5-Aza-CdR potentialise son action anti-leucémique. Il est aussi possible d’augmenter l’activité de la 5-Aza-CdR en inhibant sa dégradation par l’enzyme cytidine (CR) désaminase. Nous avons observé que la co-administration du zebularine, un inhibiteur de la CR désaminase, avec la 5-Aza-CdR accroît son efficacité. Le zebularine est aussi un inhibiteur de la méthylation de l’ADN, ce qui pourrait contribuer à la potentialisation de la réponse anti-leucémique observée lors de la co-administration de ces deux agents. En résumé, il est possible d’augmenter l’efficacité anti-leucémique de la 5-Aza-CdR en : 1- intensifiant son protocole d’administration, en termes de doses et de durée, 2- la combinant avec un HDACi, et 3- diminuant sa dégradation par la CR désaminase. L’utilisation de ces résultats précliniques dans l’élaboration de protocoles cliniques pourrait être bénéfique à beaucoup de patients.

Contrôle de la réponse immunitaire par l’indoleamine 2,3-dioxygénase : étude de la régulation d’une molécule immuno-suppressive dans les cellules cancéreuses et les lymphocytes B chez l’humain

Le système immunitaire se doit d’être étroitement régulé afin d’éviter que des réponses immunologiques inappropriées ou de trop forte intensité ne surviennent. Ainsi, différents mécanismes permettent de maintenir une tolérance périphérique, mais aussi d’atténuer la réponse lorsque celle-ci n’est plus nécessaire. De tels mécanismes sont cependant aussi exploités par les tumeurs, qui peuvent ainsi échapper à une attaque par le système immunitaire et donc poursuivre leur progression. Ces mécanismes immunosuppresseurs nuisent non seulement à la réponse naturelle contre les cellules tumorales, mais font aussi obstacle aux tentatives de manipulation clinique de l’immunité visant à générer une réponse anti-tumorale par l’immunothérapie. L’un des mécanismes par lesquels les tumeurs s’évadent du système immunitaire est l’expression d’enzymes responsables du métabolisme des acides aminés dont l’une des principales est l’indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO). Cette dernière dégrade le tryptophane et diminue ainsi sa disponibilité dans le microenvironnement tumoral, ce qui engendre des effets négatifs sur la prolifération, les fonctions et la survie des lymphocytes T qui y sont présents. Bien que la régulation de l’expression de cette enzyme ait été largement étudiée chez certaines cellules présentatrices d’antigènes, dont les macrophages et les cellules dendritiques, peu est encore connu sur sa régulation dans les cellules tumorales humaines. Nous avons posé l’hypothèse que différents facteurs produits par les cellules immunitaires infiltrant les tumeurs (TIIC) régulent l’expression de l’IDO dans les cellules tumorales. Nous avons effectivement démontré qu’une expression de l’IDO est induite chez les cellules tumorales humaines, suite à une interaction avec des TIIC. Cette induction indépendante du contact cellulaire résulte principalement de l’interféron-gamma (IFN-g) produit par les lymphocytes T activés, mais est régulée à la baisse par l’interleukine (IL)-13. De plus, la fludarabine utilisée comme agent chimiothérapeutique inhibe l’induction de l’IDO chez les cellules tumorales en réponse aux lymphocytes T activés. Cette observation pourrait avoir des conséquences importantes en clinique sachant qu’une forte proportion d’échantillons cliniques provenant de tumeurs humaines exprime l’IDO. Enfin, les lymphocytes B, qui sont retrouvés également dans certaines tumeurs et qui interagissent étroitement avec les lymphocytes T, sont aussi susceptibles à une induction transcriptionnelle et traductionnelle de l’IDO. Cette enzyme est cependant produite sous une forme inactive dans les lymphocytes B, ce qui rend peu probable l’utilisation de l’IDO par les lymphocytes B comme mécanisme pour freiner la réponse immunitaire. Nos travaux apportent des informations importantes quant à la régulation de l’expression de la molécule immunosuppressive IDO dans les cellules cancéreuses. Ils démontrent que l’expression de l’IDO est influencée par la nature des cytokines présentes dans le microenvironnement tumoral. De plus son expression est inhibée par la fludarabine, un agent utilisé pour le traitement de certains cancers. Ces données devraient être prises en considération dans la planification de futurs essais immunothérapeutiques, et pourraient avoir un impact sur les réponses cliniques anti-tumorales.

Caractérisation de stratégies stimulant l’immunité cellulaire par l’étude de la présentation antigénique d’une nanoparticule vaccinale et du blocage d’un mécanisme d’immunosuppression

Il existe plusieurs défis au développement d’une thérapie visant à stimuler l’immunité cellulaire. Dans la prévention contre certains virus et en immunothérapie du cancer, l’induction de lymphocytes T spécifiques est cependant primordiale. Dans la première partie de l’étude, nous avons porté notre attention sur la compréhension de la présentation croisée par le complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I) médiée par des particules pseudo-virales (VLP) composées de la protéine de surface de potexvirus à laquelle nous avons ajouté un épitope de la protéine M1 du virus de l’influenza ou un épitope de la protéine gp100 du mélanome. Cette VLP se caractérise par sa capacité à stimuler, sans l’aide d’adjuvant, le système immunitaire et de présenter de façon croisée l’épitope inséré dans sa protéine de surface et ce, indépendamment de l’activité du protéasome. Nous avons, tout d’abord, comparé les propriétés de présentation antigénique croisée des VLP formées du virus de la mosaïque de la malva (MaMV) à celles des VLP du virus de la mosaïque de la papaye (PapMV). Les résultats confirment que ces propriétés sont partagées par plusieurs membres de la famille des potexvirus malgré des divergences de séquences (Hanafi et al. Vaccine 2010). De plus, nous avons procédé à des expériences pour préciser le mécanisme menant à la présentation de l’épitope inséré dans les VLP de PapMV. Les résultats nous confirment une voie vacuolaire dépendante de l’activité de la cathepsine S et de l’acidification des lysosomes pour l’apprêtement antigénique. L’induction de l’autophagie par les VLP semble également nécessaire à la présentation croisée par les VLP de PapMV. Nous avons donc établi un nouveau mécanisme de présentation croisée vacuolaire dépendant de l’autophagie (Hanafi et al. soumis Autophagy). En second lieu, en immunothérapie du cancer, il est aussi important de contrôler les mécanismes d’évasion immunitaire mis en branle par la tumeur. Nous avons spécifiquement étudié l’enzyme immunosuppressive indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO) (revue de la littérature dans les tumeurs humaines; Hanafi et al. Clin. Can. Res 2011) et son inhibition dans les cellules tumorales. Pour ce faire, nous avons tenté d’inhiber son expression par la fludarabine, agent chimiothérapeutique précédemment étudié pour son activité inhibitrice de l’activation de STAT1 (signal transducers and activators of transcription 1). Étonnamment, nos résultats ont montré l’inhibition d’IDO dans les cellules tumorales par la fludarabine, indépendamment de l’inhibition de la phosphorylation de STAT1. Nous avons démontré que le mécanisme d’action dépendait plutôt de l’induction de la dégradation d’IDO par le protéasome (Hanafi et al. PlosOne 2014). Les travaux présentés dans cette thèse ont donc portés autant sur la compréhension d’une nouvelle plateforme de vaccination pouvant médier l’activation de lymphocytes T CD8+ cytotoxiques et sur le contrôle d’une immunosuppression établie par les cellules tumorales pour évader au système immunitaire. Ces deux grandes stratégies sont à considérer en immunothérapie du cancer et la combinaison avec d’autres thérapies déjà existantes pourra permettre une meilleure réponse clinique.

“Curcumin and its derivatives as Antioxidants and DNA Intercalators

The scope of the work was to synthesis few biologically active derivatives of curcumin. The derivatives were prepared by altering the keto-enol centre of curcumin by various reagents. This particular reaction centre for preparing derivative was selected keeping in mind the controversy regarding the major site responsible for antioxidant mechanism of curcumin. Most of the mechanistic study done earlier was by varying the constituents in one or both of the phenol ring present in the curcumin. The alterations at the keto-enol moiety may throw an insight into the role of the diketo moiety towards the antioxidant mechanism. Since recently curcumin has been suggested as a chemotherapeutic agent for various ailments, we also decided to check the DNA intercalating property of the derivatives synthesised.

Polymer therapeutics designed for a combination therapy of hormone-dependent cancer

Designer drug: A polymer therapeutic was designed for a combination therapy of breast cancer. N-(2-Hydroxypropyl)methacrylamide was used as the model polymer platform to prepare a unimolecular polymer conjugate (see picture, radius of gyration: 12.8 nm) that combines an endocrine (the aromatase inhibitor aminoglutethimide, blue) and a chemotherapeutic agent (the anthraxcycline antibiotic doxorubicin, red).

In vitro inhibitory effect of trichostatin A on canine grade 3 mast cell tumor

Mast cell tumor (MCT) is one of the most prevalent neoplasms that affect skin and soft tissue in dogs. Because mast cell tumors present a great variety of clinical appearance and behavior, their treatment becomes a challenge. Trichostatin A (TSA), an antifungal antibiotic, has shown inhibitory effects on the proliferation and induction of apoptosis in various types of cancer cells. In order to evaluate the potential of trichostatin A as a therapeutic drug, cells of grade 3 MCT were cultured and treated with concentrations of 1 nM to 400 nM of TSA. MTT assay and trypan blue exclusion assays were performed to estimate cell growth and cell viability, and cell cycle analysis was evaluated. TSA treatment showed a reduction in numbers of viable cells and an increase of cell death by apoptosis. The cell cycle analysis showed an increase of hypodiploid cells and a reduction of G0/G1 and G2/M -phases. According to these results, trichostatin A may be an interesting potential chemotherapeutic agent for the treatment of canine MCT.

Double stranded DNA-binding studies of potential Rhodium(ll) antitumor complexes

In 1952, Dwyer and coworkers began testing a series of metal complexes for potential inhibition of cancer cell proliferation in animals.[l] The complexes tested were unsuitable for such studies due to their high toxicity. Therefore, no further work was done on the project. However, in 1965, Rosenberg and coworkers revisited the possibility of potential metal-based drugs. Serendipitously, they discovered that cis-diamminedichloroplatinum(lI) (cisplatin) inhibits cell division in E. coli.[2] Further studies of this and other platinum compounds revealed inhibition of tumor cell lines sarcoma 180 and leukemia LI2l0 in mice.[l] Cisplatin was approved by the Food and Drug Administration in 1970 as a chemical chemotherapeutic agent in the treatment of cancer. The drug has primarily been used in the treatment of testicular and ovarian cancers, although the powerful chemotherapeutic properties of the compound indicate use against a variety of other cancers.[3] The toxicity of this compound, however, warrants the development of other metal-based potential antitumor agents. The success of cisplatin, a transition-metal-based chemotherapeutic, opened the doors to a host of research on the antitumor effects of other transition-metal complexes. Beginning in the 1970s, researchers looked to rhodium for potential use in antitumor complexes. Dirhodium complexes with bridging equatorial ligands (Figure I) were the primary focus for this research. The overwhelming majority of these complexes were dirhodium(II) carboxylate complexes, containing two rhodium(II) centers, four equatorial ligands in a lantero formation around the metal center, and an axial ligand on either end. The family of complexes in Figure 1 will be referred to as dirhodium(II) carboxylate complexes. The dirhodium centers are each d? with a metal-metal bond between them. Although d? atoms are paramagnetic, the two unpaired electrons pair to make the complex diamagnetic. The basic formula of the dirhodium(lI) carboxylate complexes is Rh?(RCOO)?(L)? with R being methyl, ethyl, propyl, or butyl groups and L being water or the solvent in which the complex was crystalized. Of these dirbodium(II) carboxylate complexes, our research focuses on Rb la and two other similar complexes Rh2 and Rh3 (Figure 2). Rh2 is an activated form of Rhla, with four acetonitrile groups in place of two of the bidentate acetate ligands. Rh3 is similar to Rhla, with trifluoromethyl groups in place of the methyl groups on the acetate ligands.

Tomato-oleoresin supplement prevents doxorubicin-induced cardiac myocyte oxidative DNA damage in rats

Doxorubicin (DOX) is an efficient chemotherapeutic agent used against several types of tumors; however, its use is limited due to severe cardiotoxicity. Since it is accepted that reactive oxygen species are involved in DOX-induced cardiotoxicity, antioxidant agents have been used to attenuate its side effects. To determine tomato-oleoresin protection against cardiac oxidative DNA damage induced by DOX, we distributed Wistar male rats in control (C), lycopene (L), DOX (D) and DOX+lycopene (DL) groups. They received corn oil (C, D) or tomato-oleoresin (5 mg/kg body wt. day) (L, DL) by gavage for a 7-week period. They also received saline (C, L) or DOX (4 ma/kg body wt.) (D, DL) intraperitoneally at the 3rd, 4th, 5th, and at 6th week. Lycopene absorption was checked by HPLC. Cardiac oxidative DNA damage was evaluated by the alkaline Comet assay using formamidopyrimidine-DNA glycosylase (FPG) and endonuclease III (endo 111). Cardiomyocyte levels of SBs, SBs FPG and SBs Endo III were higher in rats from D when compared to other groups. DNA damage levels in cardiomyocytes from DL were not different when compared to C and L groups. The viability of cardiomyocytes from D or DL was lower than C or L groups (p < 0.01). Lycopene levels (mean +/- S.D. nmol/kg) in saponified hearts were similar between L (47.43 +/- 11.78) and DL (49.85 +/- 16.24) groups. Our results showed: (1) lycopene absorption was confirmed by its cardiac levels; (2) DOX-induced oxidative DNA damage in cardiomyocyte; (3) tomato-oleoresin supplementation protected against cardiomyocyte oxidative DNA damage. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of lycopene on doxorubicin-induced cardiotoxicity: An echocardiographic, histological and morphometrical assessment

Doxorubicin is an excellent chemotherapeutic agent utilized for several types of cancer but the irreversible doxorubicin-induced cardiac damage is the major limitation for its use. Oxidative stress seems to be associated with some phase of the toxicity mechanism process. To determine if lycopene protects against doxorubicin-induced cardiotoxicity, male Wistar rats were randomly assigned either to control, lycopene, doxorubicin or doxorubicin + lycopene groups. They received corn oil (control, doxorubicin) or lycopene (5 mg/kg body weight a day) (lycopene, doxorubicin + lycopene) by gavage for a 7-week period. They also received saline (control, lycopene) or doxorubicin (4 mg/kg) (doxorubicin, doxorubin + lycopene) intraperitoneally by week 3, 4 5 and 6. Animals underwent echocardiogram and were killed for tissue analyses by week 7. Mean lycopene levels (nmol/kg) in liver were higher in the doxorubicin + lycopene group (5822.59) than in the lycopene group (2496.73), but no differences in lycopene were found in heart or Plasma of these two groups. Lycopene did not prevent left ventricular systolic dysfunction induced by doxorubicin. However, morphologic examination revealed that doxorubicin-induced myocyte damage was significantly suppressed in rats treated with lycopene. Doxorubicin treatment was followed by increase of myocardium interstitial collagen volume fraction. Our results show that: (i) doxorubicin-induced cardiotoxicity was confirmed by echocardiogram and morphological evaluations; (ii) lycopene absorption was confirmed by its levels in heart, liver and plasma; (iii) lycopene supplementation provided myocyte protection without preventing interstitial collagen accumulation increase; (iv) doxorubicin-induced cardiac dysfunction was not prevented by lycopene supplementation; and (v) lycopene depletion was not observed in plasma and tissues from animals treated with doxorubicin.

Free radical production by azomethine H: Effects on pancreatic and hepatic tissues

The antimalarial properties of azomethine H represent the basis for its use as a chemotherapeutic agent. This work was carried out in order to verify the biological side effects of azomethine H and to clarify the contribution of reactive oxygen species (ROS) in this process. It was shown that azomethine H increased serum activities of amylase, alanine transaminase (ALT) and the TEARS concentrations, in rats. No changes were observed in glutathione peroxidase and catalase activities. The drug-induced tissue damage might be due to superoxide radicals (O-2(.-)), since Cu-Zn superoxide dismutase activities were increased by azomethine I-I treatment. This study allows tentative conclusions to be drawn regarding which reactive oxygen metabolites play a role in azomethine H activity. We concluded that (O-2(.-)) maybe produced as a mediator of azomethine H action.

Doxorubicin induced dilated cardiomyopathy in a rabbit model: An update

Dilated cardiomyopathy (DCM) is characterized by chamber dilation and cardiac dysfunction. Because of the poor prognosis, models are needed for the investigation of and development of new therapeutic approaches, as well as stem cell therapy. Doxorubicin (DOX), used as chemotherapeutic agent, is reported to be cumulative cardiotoxic causing DCM. The aim of the study was to investigate the onset of systolic dysfunction using echocardiography in rabbits receiving two different doses of DOX (1. mg/kg twice a week and 2. mg/kg once a week). Twenty rabbits were treated with doxorubicin in two different doses for 6. weeks and compared with a control group treated with NaCl 0.9%. The effect of doxorubicin on the myocardium was investigated with histological analysis and scanning electron microscopy of left ventricle (LV), as well as in the interventricular septum (IVS) and right ventricle (RV). The results showed a high mortality rate for rabbits receiving 2. mg/kg once a week. A significant reduction in systolic function was present in animals treated with DOX after 6. weeks, with decreased ejection fraction and shortening fraction. Histology and electron microscopy revealed vacuolization, intracytoplasmic granulation, necrosis and interstitial fibrosis in LV, as well as in the IVS and RV. Doxorubicin induced changes are present in the LV, RV and IVS, and the administration at the dose of 1. mg/kg twice a week for only 6. weeks is safe and sufficient to induce DCM in rabbits. © 2012 Elsevier Ltd.

Análise histopatológica e ultraestrutural do esôfago distal de ratos com lesão cáustica submetidos à aplicação tópica de mitomicina C

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB

Indução da cardiomiopatia dilatada com Doxorrubicina em modelo experimental com coelhos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito do 'alfa'-tocoferol e do licopeno sobre a cardiotoxicidade induzida pela doxorrubicina em ratos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)