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.

Role of Nuclear Angiotensin-II Receptor Mediated Signalling in Cardiovascular Remodelling

Le remodelage cardiaque est le processus par lequel la structure ou la fonction cardiaque change en réponse à un déséquilibre pathophysiologique tel qu'une maladie cardiaque, un contexte d'arythmie prolongée ou une modification de l'équilibre hormonal. Le système rénine-angiotensine (SRA) est un système hormonal largement étudié et il est impliqué dans de nombreuses activités associées au remodelage cardiovasculaire. L’existence d'un système circulatoire couplé à un système de tissus locaux est une représentation classique, cependant de nouvelles données suggèrent un SRA indépendant et fonctionnellement actif à l'échelle cellulaire. La compréhension de l'activité intracellulaire du SRA pourrait mener à de nouvelles pistes thérapeutiques qui pourraient prévenir un remodelage cardiovasculaire défavorable. L'objectif de cette thèse était d'élucider le rôle du SRA intracellulaire dans les cellules cardiaques. Récemment, les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), les protéines G et leurs effecteurs ont été détectés sur des membranes intracellulaires, y compris sur la membrane nucléaire, et les concepts de RCPG intracellulaires fonctionnels sont en voie d'être acceptés comme une réalité. Nous avons dès lors fait l'hypothèse que la signalisation du SRA délimitant le noyau était impliquée dans le contrôle de l'expression des gènes cardiaques. Nous avons démontré la présence de récepteurs d'angiotensine de type-1 (AT1R) et de type-2 (AT2R) nucléaires dans les cardiomyocytes ventriculaires adultes et dans une fraction nucléaire purifiée de tissu cardiaque. Des quantités d'Ang II ont été détectées dans du lysat de cardiomyocytes et des microinjections d'Ang-II-FITC ont donné lieu à des liaisons préférentielles aux sites nucléaires. L'analyse transcriptionnelle prouve que la synthèse d'ARN de novo dans des noyaux isolés stimulés à l'Ang-II, et l'expression des ARNm de NF-κB étaient beaucoup plus importants lorsque les noyaux étaient exposés à de l'Ang II par rapport aux cardiomyocytes intacts. La stimulation des AT1R nucléaires a engendré une mobilisation de Ca2+ via les récepteurs de l'inositol trisphosphate (IP3R), et le blocage des IP3R a diminué la réponse transcriptionnelle. Les méthodes disponibles actuellement pour l'étude de la signalisation intracrine sont limitées aux méthodes indirectes. L'un des objectifs de cette thèse était de synthétiser et caractériser des analogues d'Ang-II cellule-perméants afin d’étudier spécifiquement dans les cellules intactes l'activité intracellulaire du SRA. Nous avons synthétisé et caractérisé pharmacologiquement des analogues photosensibles Ang-II encapsulée en incorporant un groupement 4,5-diméthoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) photoclivable sur les sites actifs identifiés du peptide. Chacun des trois analogues d'Ang II encapsulée synthétisés et purifiés: [Tyr(DMNB)4]Ang-II, Ang-II-ODMNB et [Tyr(DMNB)4]Ang-II-ODMNB a montré une réduction par un facteur deux ou trois de l'affinité de liaison envers AT1R et AT2R dans les dosages par liaison compétitive et une activité réduite dans la contraction de l'aorte thoracique. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans des cellules HEK a augmenté la phosphorylation d'ERK1/2 (via AT1R) et la production de cGMP (via AT2R) alors que dans les cardiomyocytes isolés elle générait une augmentation de Ca2+ nucléoplasmique et initiait la synthèse d'ARNr 18S et d'ARNm du NF-κB. Les fibroblastes sont les principaux générateurs de remodelage cardiaque structurel, et les fibroblastes auriculaires sont plus réactifs aux stimuli profibrotiques que les fibroblastes ventriculaires. Nous avons émis l'hypothèse que l’Ang-II intracellulaire et l'activation des AT1R et AT2R nucléaires associés contrôlaient les profils d'expression des gènes des fibroblastes via des systèmes de signalisation distincts et de ce fait jouaient un rôle majeur dans le développement de la fibrose cardiaque. Nous avons remarqué que les fibroblastes auriculaires expriment l’AT1R et l’AT2R nucléaire et l'Ang-II au niveau intracellulaire. L’expression d'AT1R nucléaire a été régulés positivement dans les cas d’insuffisance cardiaque (IC), tandis que l'AT2R nucléaire a été glycosylé post-traductionnellement. La machinerie protéique des protéines G, y compris Gαq/11, Gαi/3, et Gβ, a été observée dans des noyaux isolés de fibroblastes. AT1R et AT2R régulent l'initiation de la transcription du fibroblaste via les voies de transduction de signal d'IP3R et du NO. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans une culture de fibroblastes auriculaire déclenche la libération de Ca2+ nucléoplasmique, la prolifération, et la synthèse et sécrétion de collagène qui ne sont pas inhibées par les bloqueurs d'AT1R et/ou AT2R extracellulaires.

Unusual autofluorescence characteristic of cultured red-rain cells

The red cells found in the red rain in Kerala, India are now considered as a possible case of extraterrestrial life form. These cells can undergo rapid replication even at an extreme high temperature of 300 deg C. They can also be cultured in diverse unconventional chemical substrates. The molecular composition of these cells is yet to be identified. This paper reports the unusual autofluorescence characteristic of the cultured red rain cells. A spectrofluorimetric study has been performed to investigate this, which shows a systematic shift of the fluorescence emission peak wavelength as the excitation wavelength is increased. Conventional biomolecules are not known to have this property. Details of this investigation and the results are discussed.

Differentiation status of limbal epithelial cells cultured on intact and denuded amniotic membrane before and after air-lifting

We have investigated differences in bovine limbal epithelial cell differentiation when expanded upon intact (amniotic epithelial cells and basement membrane remaining) and denuded human amniotic membrane, a commonly used substrate in ophthalmic surgery for corneal stem cell transplantation. Ex vivo expansion of the epithelial cells, in supplemented media, continued for 2 weeks followed by 1 week under ‘air-lifting’ conditions. Before and after air-lifting the differentiated (K3/K12 positive) and undifferentiated (K14 positive) cells were quantified by immunohistochemistry, Western blotting and quantitative PCR. Limbal epithelial cells expanded upon amniotic membrane formed 4-6 stratified layers, both on intact and denuded amniotic membrane. On denuded amniotic membrane the proportion of differentiated cells remained unaltered following airlifting. Within cells grown on intact amniotic membrane, however, the number of differentiated cells increased significantly following air-lifting. These results have important implications for both basic and clinical research. Firstly, they show that bovine limbal epithelia can be used as an alternative source of cells for basic research investigating ex vivo limbal stem cells expansion. Secondly, these findings serve as a warning to clinicians that the affect of amniotic membrane on transplantable cells is not fully understood; the use of intact or denuded amniotic membrane can produce different results in terms of the amount of differentiation, once cells are exposed to the air.

Zinc-histidine complex protects cultured cortical neurons against oxidative stress-induced damage

The levels of zinc in the brain are directly affected by dietary zinc and deficiency has been associated with alcohol withdrawal seizures, excitotoxicity, impaired learning and memory and an accelerated rate of dysfunction in aged brain. Although zinc is essential for a healthy nervous system, high concentrations of zinc are neurotoxic, thus it is important to identify the most effective forms of zinc for treatment of conditions of the central nervous system. Accumulating evidence suggests that zinc-histidine complex (Zn(HiS)(2)) has greater biological potency and enhanced bioavailability compared with other zinc salts and also has antioxidant potential. Therefore, in this study we investigated the ability of zinc-histidine to protect cultured cortical neurons against hydrogen peroxide-induced damage. Pre-treating neurons for 18h with subtoxic concentrations of zinc-histidine (5-25 muM) improved neuronal viability and strongly inhibited hydrogen peroxide-induced (75 muM, 30 min) cell damage as assessed by MTT turnover and morphological analysis 24 It later. Low concentrations of zinc-histidine were more neuroprotective than zinc chloride. There was evidence of an anti-apoptotic mechanism of action as zinc-histidine inhibited hydrogen peroxide-induced caspase-3 activation and c-jun-N-terminal kinase phosphorylation. In summary, zinc supplementation with zinc-histidine protects cultured neurons against oxidative insults and inhibits apoptosis which suggests that zinc-histidine may be beneficial in the treatment of diseases of the CNS associated with zinc deficiency. (C) 2004 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Effect of apoE genotype and vitamin E on biomarkers of oxidative stress in cultured neuronal cells and the brain of targeted replacement mice

The aetiology of apoE4 genotype-Alzheimer's disease (AD) association are complex. The current study emphasizes the impact of apoE genotype and potential beneficial effects of vitamin E (VE) in relation to oxidative stress. Agonist induced neuronal cell death was examined 1) in the presence of conditioned media containing equal amounts of apoE3 or apoE4 obtained from stably transfected macrophages, and 2) after pretreatment with alpha- and gamma-tocopherol, and -tocotrienol. ApoE3 and apoE4 transgenic mice were fed a diet poor or rich in VE to study the interplay of both apoE genotype and VE status, on membrane lipid peroxidation, antioxidative enzyme activity and glutathione levels in the brain. Cytotoxicity of hydrogen peroxide and glutamate was higher in neuronal cells cultured with apoE4 than apoE3 conditioned media. VE pre-treatment of neurons counteracted the cytotoxicity of a peroxide challenge but not of nitric oxide. No significant effects of apoE genotype or VE supplementation were observed on lipid peroxidation or antioxidative status in the brain of apoE3 and apoE4 mice. VE protects against oxidative insults in vitro, however, no differences in brain oxidative status were observed in mice. Unlike in cultured cells, apoE4 may not contribute to higher neuronal oxidative stress in the brain of young targeted replacement mice.

Techniques for quantifying effects of dietary antioxidants on transcription factor translocation and nitric oxide production in cultured cells

Dietary antioxidants can affect cellular processes relevant to chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis. We have used non- standard techniques to quantify effects of the antioxidant soy isoflavones genistein and daidzein on translocation of Nuclear Factor-KB (NF-KB) and nitric oxide (NO) production, which are important in these diseases. Translocation was quantified using confocal immunofluoresecence microscopy and ratiometric image analysis. NO was quantified by an electrochemical method after reduction of its oxidation products in cell culture supernatants. Activation of the RAW 264.7 murine monocyte/macrophage cell line increased the ratio of nuclear to cytoplasmic immunostaining for NF-kB. The increase was exacerbated by pre-treatment with genistein or daidzein. To show that decreases could also be detected, pre-treatment with the pine bark extract Pycnogenol (R) r was examined, and found to reduce translocation. NO production was also increased by activation, but was reduced by pre-treatment with genistein or daidzein. In the EA. hy926 human endothelial cell line, constitutive production was detectable and was increased by thrombin. The confocal and electrochemical methods gave data that agreed with results obtained using the established electromobility shift and Griess assays, but were more sensitive, more convenient, gave more detailed information and avoided the use of radioisotopes.

Cultured neural networks

This special section contains papers addressing various aspects associated with the issue Of Cultured neural networks. These are networks, that are formed through the monitored growth of biological neural tissue. In keeping with the aims of the International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, the key focus of these papers is to took at particular aspects of signal processing in terms of both stimulating such a network and in assigning intent to signals collected as network outputs. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Inhibition of 125I-epidermal growth factor binding to murine fibroblasts and keratinocytes by irradiation with ultraviolet-B light

Treatment of murine Swiss 3T3 fibroblasts and XB/2 keratinocytes with UV-B light (302 nm) resulted in a dose-dependent inhibition of [125I] epidermal growth factor (EGF) binding. The light dose required to achieve 50% inhibition of binding in both cell types was 80–85 J/m2 Decreased [125I] platelet-derived growth factor binding was not evoked even by light doses of up to 280 J/m2 UV-B irradiation did not stimultate phosphorylation of the 80 kd protein substrate for protein kinase C. Furthermore, its effect on [125I]EGF binding was not altered as a consequence of protein kinase C down-regulation following prolonged exposure of cells to phorbol esters. These results indicate that UV-B-induced transmodulation of the epidermal growth factor receptor is a specific event mediated through a protein kinase C-indepen dent pathway. Transfer of culture medium from irradiated cells to untreated control cells showed this effect was not induced as a result of transforming growth factor α release and subsequent binding to the EGF receptor in these cells.

Cultured neural networks

This article looks at the use of cultured neural networks as the decision-making mechanism of a control system. In this case biological neurons are grown and trained to act as an artificial intelligence engine. Such research has immediate medical implications as well as enormous potential in computing and robotics. An experimental system involving closed-loop control of a mobile robot by a culture of neurons has been successfully created and is described here. This article gives a brief overview of the problem area and ongoing research. Questions are asked as to where this will lead in the future.

Fimbriae- and flagella-mediated association with and invasion of cultured epithelial cells by Salmonella enteritidis

Salmonella enteritidis expresses flagella and several finely regulated fimbriae, including SEF14, SEF17 and SEF21 (type 1). A panel of mutants was prepared in three strains of S. enteritidis to elucidate the role of these surface appendages in the association with and invasion of cultured epithelial cells. In all assays, the naturally occurring regulatory-defective strain 27655R associated with tissue culture cells significantly more than wild-type progenitor strains LA5 and S1400/94. Compared with wild-type strains, SEF14 mutants had no effect on association and invasion, whereas SEF17, SEF21 and aflagellate mutants showed significant reductions in both processes. Histological examination suggested a role for SEF17 in localized, aggregative adherence, which could be specifically blocked by anti-SEF17 sera and purified SEF17 fimbriae. SEF21-mediated association was neutralized by mannose and a specific monoclonal antibody, although to observe enhanced association it was necessary for the bacteria to be in fimbriate phase prior to infection. Additionally, aflagellate mutants associated and invaded less than motile bacteria. This study demonstrated the potential for multifactorial association and invasion of epithelial cells which involved SEF17 and SEF21 fimbriae, and flagella-mediated motility.

Adhesion of Salmonella enterica var Enteritidis strains lacking fimbriae and flagella to rat ileal explants cultured at the air interface or submerged in tissue culture medium

Rat ileal air interface and submerged explant models were developed and used to compare the adhesion of Salmonella enterica var Enteritidis wild-type strains with that of their isogenic single and multiple deletion mutants. The modified strains studied were defective for fimbriae, flagella, motility or chemotaxis and binding was assessed on tissues with and without an intact mucus layer. A multiple afimbriate/aflagellate (fim(-)/fla(-)) strain, a fimbriate but aflagellate (fla(-)) strain and a fimbriate/flagellate but non-motile (mot(-)) strain bound significantly less extensively to the explants than the corresponding wild-type strains. With the submerged explant model this difference was evident in tissues with or without a mucus layer, whereas in the air interface model it was observed only in tissues,vith an intact mucus layer. A smooth swimming chemotaxis-defective (che(-)) strain and single or multiple afimbriate strains bound to explants as well as their corresponding wild-type strain. This suggests that under the present experimental conditions fimbriae were not essential for attachment of S. enterica var Enteritidis to rat ileal explants, However; the possession of active flagella did appear to be an important factor. in enabling salmonellae to penetrate the gastrointestinal mucus layer and attach specifically to epithelial cells.

The collagen stimulating effect of peptide amphiphile C16-KTTKS on human fibroblasts

The collagen production of human dermal and corneal fibroblasts in contact with solutions of the peptide amphiphile (PA) C16–KTTKS is investigated and related to its self-assembly into nanotape structures. This PA is used in antiwrinkle cosmeceutical applications (trade name Matrixyl). We prove that C16–KTTKS stimulates collagen production in a concentration-dependent manner close to the critical aggregation concentration determined from pyrene fluorescence spectroscopy. This suggests that self-assembly and the stimulation of collagen production are inter-related.

Emergence of a small-world functional network in cultured neurons

The functional networks of cultured neurons exhibit complex network properties similar to those found in vivo. Starting from random seeding, cultures undergo significant reorganization during the initial period in vitro, yet despite providing an ideal platform for observing developmental changes in neuronal connectivity, little is known about how a complex functional network evolves from isolated neurons. In the present study, evolution of functional connectivity was estimated from correlations of spontaneous activity. Network properties were quantified using complex measures from graph theory and used to compare cultures at different stages of development during the first 5 weeks in vitro. Networks obtained from young cultures (14 days in vitro) exhibited a random topology, which evolved to a small-world topology during maturation. The topology change was accompanied by an increased presence of highly connected areas (hubs) and network efficiency increased with age. The small-world topology balances integration of network areas with segregation of specialized processing units. The emergence of such network structure in cultured neurons, despite a lack of external input, points to complex intrinsic biological mechanisms. Moreover, the functional network of cultures at mature ages is efficient and highly suited to complex processing tasks.