A Novel integration approach : perturbation studies in vitro using PDK1 inhibitors in glioblastoma multiforme

Os objetivos a atingir em 2020 no que respeita ao processo de investigação e desenvolvimento de medicamentos estão claramente focados na redução em termos temporais na investigação pré-clínica e clínica e na diminuição da taxa de atrito entre as novas moléculas. De forma a atingir estes objetivos, um novo conceito tem sido desenvolvido e aplicado a este complexo e moroso processo, este é a Farmacologia Quantitativa e de Sistemas. Além disso, esta abordagem inovadora pode ser crucial para o tratamento de determinados tipos de tumores cerebrais letais – Glioblastoma Multiforme (GBM) – que permanecem um desafio terapêutico, e por tanto, uma doença com um destino fatal para os doentes. Por estas razões, esta dissertação de mestrado apresenta uma especial relevância, tendo por objetivos avaliar o potencial impacto e importância biológica da variação de parâmetros farmacológicos, para além da potência, no contexto da resposta celular ao fármaco, pela avaliação da perturbação induzida em células do GBM por inibidores do PDK1 e pela realização de uma caracterização multiparamêtrica dose-resposta destas novas moléculas. A presente dissertação assume em Portugal a vanguarda na área da Farmacologia Quantitativa e de Sistemas aplicada ao processo de investigação e desenvolvimento de medicamentos. Em última estância, esta dissertação poderá contribuir para uma melhor previsão dos fármacos durante este processo, significando assim possíveis vantagens para os utentes, indústrias farmacêuticas, institutos de investigação, governo e institutos superiores.

Microfluidics-based single-cell functional proteomics microchip for portraying protein signal transduction networks within the framework of physicochemical principles, with applications in fundamental and translational cancer research

Single-cell functional proteomics assays can connect genomic information to biological function through quantitative and multiplex protein measurements. Tools for single-cell proteomics have developed rapidly over the past 5 years and are providing unique opportunities. This thesis describes an emerging microfluidics-based toolkit for single cell functional proteomics, focusing on the development of the single cell barcode chips (SCBCs) with applications in fundamental and translational cancer research.

The microchip designed to simultaneously quantify a panel of secreted, cytoplasmic and membrane proteins from single cells will be discussed at the beginning, which is the prototype for subsequent proteomic microchips with more sophisticated design in preclinical cancer research or clinical applications. The SCBCs are a highly versatile and information rich tool for single-cell functional proteomics. They are based upon isolating individual cells, or defined number of cells, within microchambers, each of which is equipped with a large antibody microarray (the barcode), with between a few hundred to ten thousand microchambers included within a single microchip. Functional proteomics assays at single-cell resolution yield unique pieces of information that significantly shape the way of thinking on cancer research. An in-depth discussion about analysis and interpretation of the unique information such as functional protein fluctuations and protein-protein correlative interactions will follow.

The SCBC is a powerful tool to resolve the functional heterogeneity of cancer cells. It has the capacity to extract a comprehensive picture of the signal transduction network from single tumor cells and thus provides insight into the effect of targeted therapies on protein signaling networks. We will demonstrate this point through applying the SCBCs to investigate three isogenic cell lines of glioblastoma multiforme (GBM).

The cancer cell population is highly heterogeneous with high-amplitude fluctuation at the single cell level, which in turn grants the robustness of the entire population. The concept that a stable population existing in the presence of random fluctuations is reminiscent of many physical systems that are successfully understood using statistical physics. Thus, tools derived from that field can probably be applied to using fluctuations to determine the nature of signaling networks. In the second part of the thesis, we will focus on such a case to use thermodynamics-motivated principles to understand cancer cell hypoxia, where single cell proteomics assays coupled with a quantitative version of Le Chatelier's principle derived from statistical mechanics yield detailed and surprising predictions, which were found to be correct in both cell line and primary tumor model.

The third part of the thesis demonstrates the application of this technology in the preclinical cancer research to study the GBM cancer cell resistance to molecular targeted therapy. Physical approaches to anticipate therapy resistance and to identify effective therapy combinations will be discussed in detail. Our approach is based upon elucidating the signaling coordination within the phosphoprotein signaling pathways that are hyperactivated in human GBMs, and interrogating how that coordination responds to the perturbation of targeted inhibitor. Strongly coupled protein-protein interactions constitute most signaling cascades. A physical analogy of such a system is the strongly coupled atom-atom interactions in a crystal lattice. Similar to decomposing the atomic interactions into a series of independent normal vibrational modes, a simplified picture of signaling network coordination can also be achieved by diagonalizing protein-protein correlation or covariance matrices to decompose the pairwise correlative interactions into a set of distinct linear combinations of signaling proteins (i.e. independent signaling modes). By doing so, two independent signaling modes – one associated with mTOR signaling and a second associated with ERK/Src signaling have been resolved, which in turn allow us to anticipate resistance, and to design combination therapies that are effective, as well as identify those therapies and therapy combinations that will be ineffective. We validated our predictions in mouse tumor models and all predictions were borne out.

In the last part, some preliminary results about the clinical translation of single-cell proteomics chips will be presented. The successful demonstration of our work on human-derived xenografts provides the rationale to extend our current work into the clinic. It will enable us to interrogate GBM tumor samples in a way that could potentially yield a straightforward, rapid interpretation so that we can give therapeutic guidance to the attending physicians within a clinical relevant time scale. The technical challenges of the clinical translation will be presented and our solutions to address the challenges will be discussed as well. A clinical case study will then follow, where some preliminary data collected from a pediatric GBM patient bearing an EGFR amplified tumor will be presented to demonstrate the general protocol and the workflow of the proposed clinical studies.

Silenciamento do canal de potássio Eag1 potencializa efeitos da temozolomida em células U-87 MG de glioblastoma multiforme

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2015.

Guide d'acquisition de microscopes opératoires en ORL, chirurgie plastique et chirurgie reconstructive

Rapport de maitrise présenté en vue de l’obtention du grade M. Sc. A. en génie biomédical option Génie clinique

Guide d'acquisition de microscopes opératoires en ORL, chirurgie plastique et chirurgie reconstructive

Rapport de maitrise présenté en vue de l’obtention du grade M. Sc. A. en génie biomédical option Génie clinique

Expérimentation d’un outil de validation de l’épreuve synthèse d’un programme d’études collégiales

La mise en oeuvre de l’approche par compétences (APC) dans les programmes de formation au Québec a suscité un lot de changements dans les pratiques d’enseignement et d’évaluation durant les deux dernières décennies. Cette approche a occasionné un renouvellement des programmes d’études. Maintenant, les programmes d’études ciblent le développement des compétences. Le renouveau de l’enseignement est accompagné par la modification de certains articles du Règlement sur le régime des études collégiales (RREC), on y ajoute une nouvelle exigence de sanction des études pour les programmes collégiaux. Chacun des programmes d’études collégiales doit désormais mettre en place une activité synthèse d’évaluation des apprentissages. Cette activité doit se situer à la fin du parcours de formation et témoigner de l’intégration des compétences et des apprentissages essentiels réalisés dans l’ensemble du programme d’études. L’épreuve synthèse de programme (ÉSP) est sous la responsabilité des collèges et elle est encadrée par la politique institutionnelle d’évaluation des apprentissages (PIEA) de chaque établissement. Cette imposition ministérielle est toutefois peu documentée et laisse une grande latitude aux programmes d’études quant aux choix de la stratégie, aux modalités de passation et d’évaluation. Ceci amène le programme Technologie de radio-oncologie du collège Ahuntsic à se questionner sur la validité de leur ÉSP. Cette recherche porte sur le thème de l’ÉSP d’études collégiales. La problématique s’articule autour du fait qu’il est possible de créer une ÉSP qui s’appuie sur les principes de l’évaluation certificative des apprentissages, mais qui ne permet pas d’attester de l’atteinte des compétences de l’ensemble du programme d’études. Par conséquent, le premier objectif de cette recherche vise l’expérimentation d’un outil de validation de l’ÉSP. Le deuxième objectif consiste à analyser les résultats d’expérimentation et de bonifier l’outil de validation au regard des commentaires des participantes et des participants. Dans le cadre du présent essai, un outil de validation de l’ÉSP a été mis au point et mis à l’essai à travers une recherche-expérimentation, qui repose sur une approche méthodologique qualitative et une posture épistémologique de recherche. L’outil de validation de l’ÉSP est inspiré des travaux du Pôle de l’Est (1996). Il propose une série de questions regroupées selon cinq thématiques pour que les enseignantes et les enseignants du cours porteur de l’ÉSP puissent poser un diagnostic sur l’ÉSP de leur programme d’études. Chaque thématique est accompagnée d’une grille d’évaluation à échelle descriptive pour faciliter la réflexion sur les forces, les limites et reconnaître les correctifs devant être apportés à l’ÉSP. Un plan de travail est également suggéré, facilitant ainsi les travaux à entrevoir pour assurer l’amélioration de l’ÉSP. L’expérimentation de l’outil de validation de l’ÉSP par quatre équipes enseignantes a permis de recueillir des résultats à partir des réponses à un questionnaire électronique et à une entrevue téléphonique semi-dirigée, ceci en tenant compte des considérations éthiques. Ces résultats ont été analysés, compilés et comparés pour aider à concevoir une version finale de l’outil de validation de l’ÉSP. La version finale de l’outil de validation de l’ÉSP intègre les propositions d’amélioration émises par les quatre équipes d’enseignantes et d’enseignants qui ont accepté d’expérimenter l’outil. La triangulation des méthodes de collecte de données a été utilisée afin d’assurer la rigueur des travaux. Les commentaires tels que l’ajout d’une piste de réflexion concernant la charge de travail associé à la réalisation de l’ÉSP, l’ajout d’une définition concernant une caractéristique de l’évaluation certificative ainsi que la correction de deux critères d’évaluation inscrits dans la grille d’évaluation à échelle descriptive, ont favorisé la conception d’un outil de validation de l’ÉSP qui répond davantage aux besoins des programmes d’études collégiales. Les résultats obtenus portent à croire que l’outil de validation de l’ÉSP est complet et utile. Il peut être utilisé autant par les programmes préuniversitaires que les programmes techniques. Bien qu’il propose une démarche simple, il nécessite une concertation en équipe programme et il peut s’avérer aidant que cette démarche soit soutenue par une conseillère ou un conseiller pédagogique. De cette recherche-expérimentation sont ressorties des pistes de recherches future notamment la conception d’un outil de validation pour les épreuves terminales de cours. De plus, une connaissance plus approfondie des notions concernant l’évaluation certificative peut soulever également des questionnements concernant les différentes stratégies d’évaluation à envisager dans le cadre d’une ÉSP.

Les manifestations d’autodétermination par les élèves ayant participé à la TÉVA sur les plans scolaire, professionnel et personnel

Cet essai s’intéresse à l’autonomie des jeunes adultes ayant un handicap moteur, physique, sensoriel ou intellectuel et qui ont participé à la démarche de la transition de l’école à la vie active (TÉVA). L’objectif de l’essai est de répertorier les manifestations d’autodétermination dans leur vie professionnelle, scolaire et personnelle. Le contenu des 23 entrevues conduites auprès d’élèves ayant participé à la TÉVA ou de leurs proches dans le cadre d’une étude de Bourdon et Lessard (2015) portant sur la modélisation de la démarche TÉVA en Estrie a été analysé afin d’en extraire les manifestations d’autodétermination. L’analyse thématique des entrevues a permis d’identifier des manifestations d’autodétermination issues d’une régulation externe, d’une régulation introjectée et d’une régulation identifiée. Les résultats obtenus révèlent que les jeunes adultes ayant participé à la TÉVA semblent avoir une bonne connaissance d’eux-mêmes, de leurs intérêts scolaires et professionnels. En contrepartie, le sentiment de compétence, la fierté personnelle et la connaissance des actions à poser pour atteindre leurs objectifs semblent se présenter moins fréquemment en termes de manifestation d’autodétermination chez les jeunes adultes de l’échantillon. Dans peu de cas, les élèves ont rapporté avoir entamé de leur propre chef des démarches pour obtenir un milieu de stage pour lequel ils entretenaient de l’intérêt. L'analyse des entrevues a également révélé que la conseillère ou le conseiller d'orientation ne semble pas être une professionnelle ou un professionnel particulièrement sollicité pour soutenir les élèves en difficulté dans l'élaboration d'un projet professionnel. Bien que l’implication de la famille et du milieu scolaire des jeunes à propos de la transition à la vie adulte et de l’élaboration de projets soit sans aucun doute essentielle, les compétences du conseiller d’orientation en matière d’accompagnement des élèves dans l’élaboration et la mise en œuvre d’un projet scolaire ou professionnel pourraient être également mises à profit pour mieux préparer et accompagner les jeunes adultes dans leur transition. Ainsi, les données analysées dans le cadre de cet essai indiquent qu’il y a une place à prendre pour les conseillers d’orientation dans le soutien des élèves vivant avec un handicap.

Recherche-action visant le développement de compétences professionnelles de nouveaux conseillers pédagogiques engagés dans une commission scolaire québécoise.

Le présent essai a pour principal objet le développement de compétences professionnelles de nouveaux conseillers pédagogiques exerçant leur fonction dans une commission scolaire québécoise. La problématique à l'origine de cette recherche est issue tout d'abord de l'expérience de transition professionnelle de la chercheuse alors qu'elle passait d'une fonction d'enseignante à une fonction de conseillère pédagogique, puis de ses constats lors de l'arrivée massive de nouveaux conseillers pédagogiques dans son organisation l'année suivante. Pour pallier certaines difficultés rencontrées lors de leurs premières années d'entrée en fonction, la chercheuse et ses collègues ont mis en oeuvre une recherche-action. À la suite des convergences relevées lors d'entretiens individuels auprès de chaque nouveau conseiller pédagogique, avant d'entreprendre le projet, les participants à la recherche-action ont formulé les trois objectifs de recherche suivants : Permettre aux nouveaux conseillers pédagogiques de notre commission scolaire de vivre une démarche d'accompagnement, laquelle est transférable dans leur rôle d'accompagnateur ; permettre aux nouveaux conseillers pédagogiques de notre commission scolaire de poursuivre le développement de certaines compétences professionnelles dans le cadre de leur nouvelle fonction en éducation ; concevoir une trousse d'accueil contenant des outils permettant aux nouveaux conseillers pédagogiques de développer des connaissances et des démarches inhérentes aux compétences professionnelles qu'ils ont à développer. Cette recherche-action s'est échelonnée sur une année scolaire. La chercheuse et ses collègues se sont rencontrés huit fois au cours de l'année scolaire 2007-2008. La majorité des rencontres étaient ponctuées d'échanges sur la pratique d'accompagnement et de temps pour la conception de la trousse d'accueil pour les nouveaux conseillers pédagogiques. La recherche-action visait au développement des compétences professionnelles suivantes : agir en tant que professionnelle ou professionnel héritier, critique et interprète d'objets de savoirs ou de culture dans l'exercice de ses fonctions; adapter ses interventions aux besoins et caractéristiques des participants lors de situations de formation ou d'accompagnement; planifier et gérer son emploi du temps en fonction des dossiers confiés et des priorités ciblées. Ces compétences ont été adaptées à partir du référentiel des douze compétences professionnelles à l'enseignement. Pour développer ces compétences, les conseillers pédagogiques se sont donnné divers moyens tels : faire des lectures, expérimenter une démarche d'accompagnement auprès d'enseignants ciblés, échanger sur leurs pratiques d'accompagnement lors des rencontres de recherche-action, concevoir la trousse d'accueil pour les nouveaux CP, concevoir des outils, suivre une formation sur la gestion du temps. De plus, ils ont pu être accompagnés par la chercheuse, car cette dernière avait comme mandat de leur faire vivre une démarche d'accompagnement. Tout au long de la démarche, la chercheuse a gardé des traces des travaux de son équipe : questionnaires utilisés lors des rencontres individuelles, enregistrement lors des échanges portant sur l'accompagnement, ordre du jour et comptes rendus des rencontres et outils produits et utilisés par les membres de l'équipe. À la fin de l'année scolaire, les CP impliqués dans la recherche-action ont fait la diffusion de leurs travaux à l'ensemble de l'équipe des services éducatifs de leur commission scolaire. Voici leurs principales conclusions. Tout d'abord, ils ont mentionné l'importance de prévoir des dispositifs d'accueil formels lors de l'arrivée de nouveaux conseillers pédagogiques. La trousse d'accueil s'avère un moyen pertinent pour permettre à ces derniers d'accéder facilement à toutes les informations inhérentes à leur nouvelle fonction. Ils ont souligné l'importance d'être accompagnés par leur supérieur lors d'une transition professionnelle. La recherche confirme qu'il ne va pas de soi de passer d'une fonction d'enseignant à une fonction de conseiller pédagogique. Ces rencontres d'accompagnement peuvent être envisagées selon différentes modalités : rencontres individuelles, pairage avec un mentor, rencontres collectives portant sur la pratique professionnelle et le développement de compétences, etc. De plus, les nouveaux conseillers pédagogiques ont formulé un besoin de soutien pour la gestion du temps ainsi que pour prioriser les actions associées aux différents dossiers. La formation sur la gestion du temps s'est avérée fort pertinente et les participants ont recommandé de prévoir une formation de ce genre pour les nouveaux conseillers pédagogiques, lors de leur première année d'entrée en fonction. Tout d'abord, l'originalité de notre projet de recherche est qu'il s'intéresse à une réalité très peu documentée à ce jour dans le domaine de l'éducation. La transition professionnelle d'enseignants accédant à un poste de conseiller pédagogique est une voie nouvelle à explorer. De plus, la réalisation de cette recherche-action a permis à une équipe de nouveaux conseillers pédagogiques de se donner un certain pouvoir d'action par rapport à une situation qui les concernait et les préoccupait passablement. Enfin, on peut aussi considérer que les constats effectués par cette équipe, la production de leur trousse d'accueil et les recommandations effectuées auprès de leurs supérieurs, auront un impact auprès de la communauté éducative élargie. En effet, d'autres milieux peuvent s'inspirer de l'expérience de cette équipe pour initier un projet semblable, utiliser la trousse d'accueil et la transformer en fonction des besoins particuliers. De plus, cette recherche-action s'est avérée être une démarche d'accompagnement accessible pour encadrer les nouveaux conseillers pédagogiques afin qu'ils puissent poursuivre le développement de leurs compétences professionnelles. La présentation des résultats au chapitre 4 illustre chaque étape du processus et nous pouvons supposer qu'il serait possible de s'y référer pour guider des actions de nature semblable dans les différentes commissions scolaires du Québec.

Alterations of the epigenome in brain cancer: loss of 5-hydroxymethylcytosine

Abstract : 5-Methylcytosine is an epigenetic mark, which can be oxidized to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) in DNA by ten-eleven translocation (TET) oxygenases. It is an initial step in the demethylation of 5mC. Levels of 5hmC is relatively high in the brain compared to other organs, but these levels are known to be significantly reduced during the development of a brain tumor, especially in glioblastoma multiforme (GBM). However, no known mechanisms may fully explain this abnormality. The objectives of my project were to (1) understand the implications of the demethylation pathway mediated by TET, and (2) gain a deeper insight in the epigenetic make-up of brain tumors. (1) U87 cells were incubated with 5mC, 5hmC, 5-formylcytosine (5fC) or co-incubated of 5hmC with 3,4,5,6-tetrahydro-2’-deoxyuridine (dTHU) over a timeline of 0, 24, 48 and 96 hours. (2) 130 brain tumors (GBM= 79; grade II/III= 51) were obtained directly from surgery and immediately suspended in DNA extraction buffer. Both cell samples and tumor tissues underwent DNA extraction and DNA digestion protocols. The percent per cytosine (%/C) was obtained by quantification of 5mC, 5hmC, 5fC, 5-hydroxymethyluracil (5hmU) and 5formyluracil (5fU) using LC-MS/MS. (1) Cellular incubations showed that it is possible to increase levels of 5hmC in DNA, but also a slight increase in 5mC levels throughout the experiment. 5HmC levels dramatically increased by 1.9-fold after 96h. On the other hand, no increase was observed in 5fC levels. Both 5hmC and 5fC incubations were accompanied by high increases in 5hmU and 5fU levels respectively. The addition of dTHU to the 5hmC incubation decreased 5hmU incorporation by 65%. (2) The average levels of 5mC, 5hmC and 5fC, in brain tumors, were 4.0, 0.15 and 0.021 %/C respectively. 5HmU and 5fU levels were present at comparable levels of 5hmC and 5fC. Levels of 5hmC, 5hmU and 5fU were significantly lower in the DNA of GBM specimens. There was a strong correlation between 5mC with 5hmC and 5fC in GBM, but this was absent in low grade tumors. The presence of 5hmU and 5fU in brain tumor and the increase in their levels during cell incubations indicate a deamination activity in these cancerous cells, which may impinge on the cellular levels of 5hmC, in particular. Furthermore, upon the incubations with 5hmC, downstream levels of 5fC did not increase suggesting a TET malfunction. TET activity is maintained in GBMs, but impaired in low grade tumors due to isocitrate dehydrogenase-1 (IDH1) mutations. Therefore, in brain tumors, a strong deamination activity and TET impairment may lead to epigenetic reduction of 5hmC.