Pericellular mobilization of the tissue-destructive cysteine proteinases, cathepsins B, L, and S, by human monocyte-derived macrophages.

Human macrophages are believed to damage host tissues in chronic inflammatory disease states, but these cells have been reported to express only modest degradative activity in vitro. However, while examining the ability of human monocytes to degrade the extracellular matrix component elastin, we identified culture conditions under which the cells matured into a macrophage population that displayed a degradative phenotype hundreds of times more destructive than that previously ascribed to any other cell population. The monocyte-derived macrophages synthesized elastinolytic matrix metalloproteinases (i.e., gelatinase B and matrilysin) as well as cysteine proteinases (i.e., cathepsins B, L, and S), but only the cathepsins were detected in the extracellular milieu as fully processed, mature enzymes by either vital fluorescence or active-site labeling. Consistent with these observations, macrophage-mediated elastinolytic activity was not affected by matrix metalloproteinase inhibitors but could be almost completely abrogated by inhibiting cathepsins L and S. These data demonstrate that human macrophages mobilize cysteine proteinases to arm themselves with a powerful effector mechanism that can participate in the pathophysiologic remodeling of the extracellular matrix.

Microenvironment and microvascular wall modulate cancer cell progression

Tumour progression is a complex process that frequently brings to cancer metastasis, the first cause of poor prognosis of cancer affected patients. Metastasis are generated by cells escaped from a primary mass and able to enter in the circulation, survive and proliferate in a new, distant site of the organism. To reach all these goal, many different phenomena had occur within both the cancer cells and the surrounding microenvironment. In the first part of this thesis, the focus was pointed on the metastatic potential of a leiomyosarcoma cell model. The studied cancer cells demonstrated a strong invasive capacity of the ECM in vitro, principally by production of matrix metalloproteinases 2 and 9, and robust pro-angiogenic activity in the chick CAM model, that facilitate its dissemination through same chick embryo internal organs. This study, with the title “MMPs and angiogenesis affect the metastatic potential of a human vulvar leiomyosarcoma cell line”, is presented in the published form. In the second part of this work, the emphasis was given to the microvascular element of the tumour microenvironment and specifically to the perivascular pericytes. These are intriguing cells due to their uncertain involvement in the biology of cancer. It is not clear how pericytes change within the tumour microenvironment and which is their contribute during the tumour dissemination. After the characterization of the chosen pericytic cell model, an in vitro study of the interaction between pericytes and different cancer cell lines where performed. Indirect and direct cell-cell interaction as well as movement of cancer cells in presence of pericytes conditioned media was analysed, in order to investigate the reciprocal influence of pericytes and tumour cells in the context of cancer progression.

Remodelamento da matriz extracelular da medula óssea em desnutrição protéica: possível relação da via de AKT com a expressão de fibronectina e metaloproteinases de matriz

A desnutrição proteica (DP) pode ocasionar alterações na matriz extracelular (MEC) de diferentes órgãos e tecidos, inclusive o hematopoético, com comprometimento funcional. Estudos do nosso laboratório demonstraram, em modelo murino de DP, aumento da expressão proteica de fibronectina (FN) no estroma medular ósseo in vivo, principalmente na região subendosteal (local de fixação da célula tronco progenitora hemopoética). Já in vitro, no estroma medular ósseo, observou-se tanto o aumento quanto a diminuição de FN e a presença de suas isoformas. Essas alterações de FN parecem estar envolvidas com a hipoplasia da medula óssea (MO) em camundongos desnutridos. As modificações quantitativas de FN podem ser devidas: (i) à ação das metaloproteinases de matriz (MMP) responsáveis pela degradação das proteínas da MEC; (ii) aos inibidores de metaloproteinases (TIMP) que regulam a degradação da MEC; (iii) às alterações transcricionais, reguladas pela via de AKT/mTOR, que controla os splicing alternativos na FN, resultando em isoformas dessa proteína; (iv) a processos pós-transcricionais modulados por LC3, que aumenta a tradução do RNAm de FN. Assim, o objetivo deste estudo foi elucidar os mecanismos que alteram o turnover de FN no estroma medular ósseo em modelo murino de DP. Utilizamos camundongos, C57BL/6J machos, adultos, separados em dois grupos: controle e desnutrido, alimentados, ad libitum, com ração contendo 12% e 2% de proteína, respectivamente. Após cinco semanas de indução à desnutrição os camundongos foram eutanasiados, e coletado o material biológico. Avaliamos: o estado nutricional, o hematológico, a histologia da MO femoral bem como a determinação imunohistoquímica da FN, MMP-2 e MMP-9, determinação da expressão de FN e suas isoformas em células totais da MO, o estabelecimento do estroma medular ósseo in vitro, por 28 e 35 dias de cultivo. A partir das culturas foram avaliadas a expressão de RNAm de FN e suas isoformas, MMP-2, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2, AKT, mTOR e LC3α e β, quantificação de MMP-2, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2,TNFα, TGFβ e IL-1β e determinação de LC3β e proteínas da via de AKT/mTOR. Não observamos alterações na expressão do RNAm de FN e suas isoformas ex vivo e in vitro, mas um aumento da deposição de FN na MO.Também não observamos modificações na imunolocalização de MMP-2 e MMP-9 na MO e na atividade dessas proteínas no sobrenadante de culturas de células estromais in vitro, mas houve aumento da expressão do RNAm de MMP-9 em 28 dias de cultivo. Não detectamos alterações na expressão de RNAm e na concentração de TIMP-1 e TIMP-2 no sobrenadante das culturas. Houve redução significativa de TNFα e TGFβ no sobrenadante das culturas de 28 dias. Observamos aumento da expressão do RNAm de mTOR em culturas de 28 dias e LC3α e LC3β em 35 dias de células estromais. Encontramos menor fosforilação de PI3K, AKT, PTEN, mTOR e mTOR total e aumento de LC3β em culturas de 28 dias, mas redução de LC3β em 35 dias. Em função dos dados inferimos que a DP conduz a alterações da FN que não estão relacionadas à ação de MMPs e TIMPs e sim a modificações de LC3β e da via de AKT/mTOR.

Expressão de metaloproteinases de matriz (MMPS) e de seus inibidores (TIMPS e RECK) em modelo de progressão tumoral de Câncer de mama e sua correlação com dados clínicos-patológicos

O câncer de mama é o tipo de câncer mais comumente detectado em mulheres de todo o mundo. Na maioria das pacientes, a causa de morte se deve, principalmente, à doença metastática que pode se desenvolver a partir do tumor primário. O processo metastático envolve uma complexa cascata de eventos, incluindo a quebra organizada dos componentes da matriz extracelular por metaloproteinases de matriz (MMPs). A atividade das MMPs é precisamente regulada por inibidores específicos, os inibidores teciduais das MMPs (TIMPs). Dado seu papel na progressão tumoral, níveis elevados de MMPs têm sido associados com prognóstico desfavorável para pacientes com câncer. Por outro lado, sendo os TIMPs proteínas multifuncionais, níveis elevados de TlMP-1 e de TIMP-2 correlacionam com agressividade do tumor e prognóstico ruim em diferentes tipos de câncer, incluindo o câncer de mama. O gene supressor de metástase RECK codifica uma glicoproteína de membrana capaz de inibir a invasão e a metástase tumoral através da regulação negativa da atividade de MMPs envolvidas em carcinogênese: MMP-2, MMP-9 e MMP-14 (MT1-MMP). A fim de analisar o papel das MMPs e de seus inibidores (TIMPs e RECK) na progressão tumoral do câncer de mama, o perfil de expressão destes genes foi detectado, através de ensaios de Real-Time PCR, em um painel de cinco linhagens celulares de carcinoma de mama humano com diferentes potenciais invasivos e metastáticos e em 72 amostras teciduais de tumores primários de mama e 30 amostras teciduais de borda normal adjacente ao tumor. O perfil de expressão protéica de RECK foi avaliado em 236 amostras de tumores primários de mama através de ensaios de Tissue Microarray. Além disso, a atividade proteolítica das MMPs foi detectada em ensaios de Zimografia. Os resultados obtidos indicam que a progressão do câncer de mama humano está relacionada com um aumento dos níveis de expressão das MMPs e de seus inibidores específicos. O aumento dos níveis de expressão dos TIMPs parece estar relacionado ao seu papel como proteína multifuncional que pode estar funcionando de maneira a promover, mais do que suprimir, a progressão tumoral. Níveis elevados da expressão protéica de RECK estão associados com pior prognóstico. No entanto, para pacientes em estádios clínicos avançados, altos níveis de expressão de RECK podem estar correlacionados com melhor prognóstico, dependendo do balanço MMP/inibidor. Os níveis de expressão das MMPs apresentaram correlação positiva em relação aos níveis de expressão de seus inibidores específicos, sugerindo a existência de fatores e vias de sinalização comuns envolvidas na regulação coordenada destes genes. Além disso, a síntese do inibidor pode estar relacionada a uma resposta celular ao aumento da expressão e atividade de proteases. O balanço transcricional enzima/inibidor favorece a enzima nas amostras tumorais e, de modo contrário, o inibidor específico nas amostras de borda normal, sugerindo o balanço como o principal fator na determinação da degradação da MEC em processos invasivos e metastáticos. Os resultados obtidos podem contribuir para um melhor entendimento da complexidade dos mecanismos envolvidos na metástase do câncer de mama.

Expressão gênica de metaloproteinases e de seus reguladores em neoplasias mieloproliferativas: associação com biomarcadores de angiogênese e status mutacional

As neoplasias mieloproliferativas (NMPs) BCR-ABL1 negativas compreendem a mielofibrose primária (PMF), trombocitemia essencial (TE) e a policitemia vera (PV). A patogênese e progressão dessas NMPs não estão completamente elucidadas. As metaloproteinases de matriz (MMPs) degradam a matriz extracelular, ativando citocinas e fatores de crescimento que, por sua vez, participam da tumorigênese e angiogênese. O objetivo deste estudo foi avaliar a relação da expressão gênica das MMPs, TIMPs, HIF1-α e SPARC com os marcadores angiogênicos bFGF e VEGFA em pacientes com MF e TE, considerando o status mutacional; bem como avaliar a regulação desses genes em camundongos submetidos à hipóxia, e em modelos HIF1-α(-/-) e VHL(-/-). Foram incluídos 21 pacientes com MF, 21 com MF pós-TE, 6 com MF pós-PV, 23 com TE e 78 indivíduos controle. As análises realizadas foram: dosagem sérica e expressão de RNAm de MMP2, MMP9, TIMP1, TIMP2 e SPARC, hemograma, determinação da proteína C reativa ultrassensível, determinação das concentrações de VEGFA e bFGF e avaliação das mutações nos genes JAK2, cMPL e CALR. A avaliação da densidade microvascular da medula óssea foi feita em 30 dos pacientes incluídos. Os pacientes com MFP, MFPTE e TE apresentaram maior expressão de MMP2, SPARC, TIMP1, TIMP2 e bFGF quando comparados aos seus controles (P<0,05), enquanto MMP9 foi mais expressa nos pacientes com MFPTE e TE (P= 0,011 e P=0,047, respectivamente). Os pacientes com TE apresentaram maior expressão de HIF1-α e VEGFA em relação ao grupo controle (P<0,05). Pacientes com MF JAK2V617F positivos apresentaram maiores concentrações de MMP9, TIMP2, bFGF e VEGFA quando comparados aos pacientes portadores de mutações na CALR (P<0,05). Os pacientes com TE JAK2V617F positivos apresentaram maiores concentrações de MMP2 e TIMP2 (P=0,049 e P=0,020, respectivamente). As concentrações das proteínas estudadas não apresentaram correlação com a carga alélica de JAK2V617F e nem com a densidade microvascular da medula óssea. Células de medula óssea de camundongos submetidos à hipóxia apresentaram maior expressão de MMP2 e TIMP1 comparados aos camundongos em normóxia. Camundongos VHL(-/-) apresentaram aumento na expressão dos genes MMP2, MMP9, TIMP1, TIMP2 e VEGFA. Diferentemente, embriões HIF1-α(-/-) não foram considerados um bom modelo para este estudo devido ao envolvimento das MMPs na embriogênese/organogênese. Frente aos resultados encontrados, pode-se sugerir que a maior expressão de MMP2, SPARC e de bFGF estão associadas às NMPs. A mutação JAK2V617F foi associada a maiores concentrações de MMPs, TIMP2 VEGFA e bFGF. HIF1-α foi mais expresso na PV e na TE, sugerindo uma possível regulação da expressão das MMPs e TIMPs nessas doenças.

Avaliação do tratamento com um inibidor para serinoprotease em modelo experimental de enfisema induzido por exposição à fumaça de cigarro

Introdução: Demonstramos previamente que em modelo experimental de enfisema pulmonar induzido por instilação de elastase, o inibidor de serinoprotease rBmTI-A promoveu a melhora da destruição tecidual em camundongos. Considerando que o tabagismo é o principal fator de risco para o desenvolvimento da Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) e que o modelo de exposição à fumaça de cigarro é considerado o que melhor mimetiza esta doença em humanos, este estudo teve por objetivo verificar a ação do inibidor para serinoproteases rBmTI-A sobre os processos fisiopatológicos envolvidos no desenvolvimento do enfisema pulmonar, em modelo de exposição ao tabaco. Métodos: Para a indução do enfisema pulmonar, os animais foram expostos à fumaça de cigarro (duas vezes ao dia/ 30 minutos/ 5 dias por semana/ durante 12 semanas), e os animais controle permaneceram expostos ao ar ambiente. Dois protocolos de tratamento com o inibidor rBmTI-A foram realizados. No primeiro, os animais receberam duas administrações do inibidor rBmTI-A ou de seu veículo (Solução Salina 0,9%) por via intranasal, sendo a primeira após 24h do término das exposições ao cigarro e outra, 7 dias após à primeira instilação do inibidor. No segundo protocolo, os animais receberam 3 administrações do inibidor rBmTI-A, durante o tempo de exposição (1ª dose: 24h antes do início da exposição à fumaça de cigarro; 2ª dose: um mês após o início da exposição; 3ª dose: dois meses após o início). Após o término dos protocolos de exposição e tratamento, os animais foram submetidos aos procedimentos para coleta dos dados de mecânica respiratória e avaliação do Intercepto Linear Médio (Lm). Para o segundo protocolo, realizamos também as medidas para quantificação de fibras de colágeno e elástica, da densidade de células positivas para MAC-2, MMP-12 e 9, TIMP-1, Gp91phox e TNFalfa; no parênquima através de imunohistoquímica, contagem de células polimorfonucleares além da expressão gênica de MMP-12 e 9 no pulmão através de RT-qPCR. Resultados e Discussão: O tratamento com o inibidor para serinoprotease rBmTI-A atenuou o desenvolvimento do enfisema pulmonar apenas no segundo protocolo, quando foi administrado durante a exposição à fumaça de cigarro. Embora os grupos Fumo-rBmTIA e Fumo-VE apresentem aumento de Lm comparados aos grupos controles, houve uma redução deste índice no grupo Fumo-rBmTIA comparado ao grupo Fumo-VE. O mesmo comportamento foi observado para as análises de proporção em volume de fibras de elástica e colágeno no parênquima. Além disto, observamos aumento de macrófagos, MMP-12, MMP-9 e TNFalfa; nos grupos expostos à fumaça de cigarro, mas o tratamento com o inibidor rBmTI-A diminuiu apenas a quantidade de células positivas para MMP-12. Na avaliação da expressão gênica para MMP-12 e 9, não observamos diferença entre os grupos experimentais e o mesmo comportamento foi observado para a quantidade de células polimorfonucleares no parênquima. Além disso, observamos aumento de GP91phox e TIMP-1 nos grupos tratados com rBmTIA. Conclusões: Tais resultados sugerem que o inibidor rBmTI-A não foi efetivo como tratamento da lesão após a doença instalada. Entretanto, atenuou o desenvolvimento da doença quando administrado durante a indução do enfisema, possivelmente através do aumento de GP91phox e TIMP-1, acompanhados pela diminuição de MMP-12.

Current concepts of tumour metastasis

Background: Tumour metastasis remains the principal cause of treatment failure and poor prognosis in patients with cancer. Recent advances in our understanding of the biology of metastasis are providing novel potential targets for anti-cancer therapies. Aim: This paper reviews the current concepts in tumour metastasis. Methods: A review of Medline publications relating to the molecular biology and therapy of human tumour metastasis was conducted. Results and Discussion: Early metastasis models were based upon the premise of uninterrupted tumour growth, with the inevitable formation of distant metastases and eventual death of the patient. However, current research suggests that metastasis is an inefficient process governed by several rate-limiting steps, and that failure to negotiate these steps can lead to tumour dormancy. Successful metastatic tumour growth depends upon appropriate tumour-host microenvironment interactions and, ultimately, the development of vascularised metastases post-extravasation in the target organ. An understanding of the molecular mechanisms involved in this dynamic process will aid in the identification of therapeutic targets that may allow earlier diagnosis and more specific therapies for patients with metastasis.

Antifibrotic activity of an inhibitor of group IIA secretory phospholipase A(2) in young spontaneously hypertensive rats

The development of fibrosis in the chronically hypertensive heart is associated with infiltration of inflammatory cells and cardiac hypertrophy. In this study, an inhibitor of the proinflammatory enzyme, group IIA human secretory phospholipase A(2) (sPLA(2)-IIA), has been found to prevent collagen deposition as an important component of cardiovascular remodeling in a rat model of developing chronic hypertension. Daily treatment of young male spontaneously hypertensive rats (SHR) with an sPLA2-IIA inhibitor (KH064, 5-(4-benzyloxyphenyl)-4S-(phenyl-heptanoylamino)-pentanoic acid, 5 mg/kg/day p.o.) prevented increases in the content of perivascular,(SHR 20.6 +/- 0.9%, n = 5; SHR+KH064 14.0 +/- 1.2%, n = 5) and interstitial (SHR 7.9 +/- 0.3%, n = 6; SHR+KH064 5.4 +/- 0.7%, n = 6) collagen in the left ventricle of rat hearts, but did not affect numbers of infiltrating monocytes/macrophages, left ventricular hypertrophy (SHR 2.88 +/- 0.08, n = 12; SHR+KH064 3.09 +/- 0.08 mg/g body weight, n = 9), increased systolic blood pressure, or thoracic aortic responses. This selective antifibrotic activity suggests that sPLA2-IIA may have an important but specific role in cardiac fibrosis, and that its inhibitors could be useful in dissecting molecular pathways leading to fibrotic conditions.

Carbohydrate-based scaffolds in drug discovery

Carbohydrates have been proven as valuable scaffolds to display pharmocophores and the resulting molecules have demonstrated useful biological activity towards various targets including the somatostatin receptors (SSTR), integrins, HIV-1 protease, matrix metalloproteinases (MMP), multidrug resistance-associated protein (MRP), and as RNA binders. Carbohydrate-based compounds have also shown antibacterial and herbicidal activity.

Changes in equine hindgut bacterial populations during oligofructose-induced laminitis

In the horse, carbohydrate overload is thought to play an integral role in the onset of laminitis by drastically altering the profile of bacterial populations in the hindgut. The objectives of this study were to develop and validate microbial ecology methods to monitor changes in bacterial populations throughout the course of experimentally induced laminitis and to identify the predominant oligofructose-utilizing organisms. Laminitis was induced in five horses by administration of oligofructose. Faecal specimens were collected at 8 h intervals from 72 h before to 72 h after the administration of oligofructose. Hindgut microbiota able to utilize oligofructose were enumerated throughout the course of the experiment using habitat-simulating medium. Isolates were collected and representatives identified by 16S rRNA gene sequencing. The majority of these isolates collected belonged to the genus Streptococcus, 91% of which were identified as being most closely related to Streptococcus infantarius ssp. coli. Furthermore, S. infantarius ssp. coli was the predominant oligofructose-utilizing organism isolated before the onset of lameness. Fluorescence in situ hybridization probes developed to specifically target the isolated Streptococcus spp. demonstrated marked population increases between 8 and 16 h post oligofructose administration. This was followed by a rapid population decline which corresponded with a sharp decline in faecal pH and subsequently lameness at 24-32 h post oligofructose administration. This research suggests that streptococci within the Streptococcus bovis/equinus complex may be involved in the series of events which precede the onset of laminitis in the horse.

The matricellular protein SPARC is internalized in Sertoli, Leydig, and germ cells during testis differentiation

The gene encoding the matricellular protein secreted protein, acidic and rich in cysteine (SPARC) was identified in a screen for genes expressed sex-specifically during mouse gonad development, as being strongly upregulated in the male gonad from very early in testis development. We present here a detailed analysis of SPARC gene and protein expression during testis development, from 11.5 to 15.5 days post coitum (dpc). Section in situ hybridization analysis revealed that SPARC mRNA is expressed by the Sertoli cells in the testis cords and the fetal Leydig cells, found within the interstitial space between the testis cords. Immunodetection with anti-SPARC antibody showed that the protein was located inside the testis cords, within the cytoplasm of Sertoli and germ cells. In the interstitium, SPARC was present intracellularly within the Leydig cells. The internalization of SPARC in Sertoli, Leydig, and germ cells suggests that it plays an intracellular regulatory role in these cell types during fetal testis development.

Transglutaminase and vascular biology: physiopathologic implications and perspectives for therapeutic interventions

Consistent clinical and experimental evidence points to the involvement of two enzymatic systems (the matrix metalloproteinases-MMPs and the protein crosslinking enzymes transglutaminases) in prominent physiologic roles of endothelium in the maintenance of vascular wall integrity, regulation of blood flow and clotting, and exchange of molecules and cells between the extra- and the intravascular space. These issues are briefly discussed in relation to differentiation of the endothelium within the vascular system, mechanisms of molecular regulation and the effects of their disruption in pathology. While the roles of MMPs are now understood in detail and represent a promising target for pharmacological interventions, much less is known on the roles of transglutaminases in vascular biology. These last enzymes are expressed at extremely high levels in endothelial cells and are involved in cell matrix interactions important to angiogenesis and apoptosis/cell death of endothelial cells, in the control of blood clotting and and in the transfer of molecules and cells across the vascular walls. On the clinical side, these properties are relevant in vascular inflammatory processes, atherosclerosis and tumor metastasis. We summarise the large body of evidence available in this perspective and discuss its implications for the development of new therapeutic strategies.

The role of monocytes in atherosclerotic coronary artery disease

Inflammation plays a key role in the pathogenesis of atherosclerosis. The more we discover about the molecular pathways involved in atherosclerosis, the more we perceive the importance of monocytes in this process. Circulating monocytes are components of innate immunity, and many pro-inflammatory cytokines and adhesion molecules facilitate their adhesion and migration to the vascular endothelial wall. In addition to the accumulation of lipids and formation of atherogenic 'foam' cells, monocytes may promote atherosclerotic plaque growth by production of inflammatory cytokines, matrix metalloproteinases, and reactive oxidative species. However, the contribution of monocytes to atherogenesis is not only limited to tissue destruction. Monocyte subsets are also involved in intraplaque angiogenesis and tissue reparative processes. The aim of this overview is to discuss the mechanisms of monocyte activation, the pivotal role and importance of activated monocytes in atherosclerotic coronary artery disease, their implication in the development of acute coronary events, and their potential in cardiovascular reparative processes such angiogenesis.