La néphrectomie partielle chez les patients atteints du cancer du rein de stade T1b

Objectif : La néphrectomie partielle est reconnue actuellement comme le traitement de choix des tumeurs de moins de 7 cm. Le but de notre étude est de comparer le taux de mortalité lié au cancer du rein suite au traitement par néphrectomie partielle ou radicale chez les patients de stade T1b, de présenter la tendance temporelle du taux d'intervention par néphrectomie partielle pour les tumeurs de stade T1b et d’identifier les facteurs sociodémographiques et tumoraux qui influencent le choix thérapeutique entre les deux types de traitement chirurgical. Méthode : Il s’agit d’une étude épidémiologique de type rétrospective. La population de patients provient de la base de donnée SEER (Surveillance, Epidemiology, and End Results) qui regroupe une grande proportion de la population nord-américaine. Dans notre étude, nous avons utilisé l’analyse par régression logistique pour identifier les facteurs sociodémographiques associés à l'intervention par néphrectomie partielle. Dans un deuxième temps, nous avons comparé la mortalité liée au cancer entre les deux options chirurgicales, après association par score de tendance pour diminuer les différences de base entre les deux populations. Nos critères étaient l’âge, la race, le sexe, l’état civil, le niveau socioéconomique, la taille tumorale, le grade nucléaire, l’histologie et la localité du centre hospitalier. L’analyse des données a été faite par le logiciel SPSS. Résultats : Le taux d'interventions par néphrectomie partielle a augmenté de 1,2% en 1988 à 15,9% en 2008 (p <0,001). Les jeunes patients, les tumeurs de petite taille, les patients de race noire, ainsi que les hommes sont plus susceptibles d'être traités par néphrectomie partielle (tous les p < 0,002). Parmi le groupe ciblé, le taux de mortalité lié au cancer à 5 ans et à 10 ans est de 4,4 et de 6,1% pour les néphrectomies partielles et de 6,0 et 10,4% pour les néphrectomies radicales (p = 0,03). Après ajustement de toutes les autres variables, les analyses de régression montrent que le choix entre les deux types de néphrectomie n’est pas associé à la mortalité lié au cancer (hazard ratio: 0,89, p = 0,5). Conclusion : Malgré un contrôle oncologique équivalent, le taux d'intervention par néphrectomie partielle chez les patients ayant un cancer du rein T1b est faible en comparaison à la néphrectomie radicale.

Détection moléculaire des métastases des ganglions lymphatique dans le cancer du col de l'utérus

Le Cancer du Col Utérin (CCU) chez la femme est provoqué par le virus oncogénique VPH. La métastase lymphatique ganglionnaire est un facteur pronostique majeur pour l’évolution de ce cancer et sa présence influence la décision thérapeutique. En général, l’envahissement ganglionnaire est diagnostiqué par histologie, mais cette méthode est laborieuse et parfois prise en défaut pour détecter les micrométastases et les cellules cancéreuses isolées et pour donner des résultats rapides en per opératoire. L’outil moléculaire que nous désirons développer pour combler cette lacune est basé sur une analyse d’ARN des gènes du VPH exprimés par les cellules du CCU. Ceci sera fait par transcription réverse de l’ARN cellulaire couplé à une réaction quantitative en chaine par polymérase en temps réel (RT-qPCR). Cette technique devrait nous permettre une détection et une évaluation rapide des micrométastases pour aider à déterminer immédiatement un pronostic fiable et la thérapie associée. C’est un test précis, sensible et rapide pour détecter un envahissement ganglionnaire dans le CCU visant à améliorer la gestion thérapeutique. Le projet est basé sur trois objectifs. En premier lieu, valider les marqueurs moléculaires E6 et E7 de VPH16 et 18 à partir des échantillons frais et des échantillons fixés dans des blocs de paraffine. En deuxième lieu, déterminer la fiabilité et la sensibilité des marqueurs pour la détection des macrométastases, des micrométastases et les cellules tumorales isolées en utilisant la technique de RT-qPCR. En troisième lieu et parallèlement au travail présenté dans ce mémoire, il est nécessaire de constituer une base de données des patientes qui ont le virus VPH16 et 18 intégré dans leur génome, qui ont été traitées et dont nous connaissons déjà le diagnostic final afin de valider la méthode (biobanque). Nous avons réussi à extraire de l’ARNm de haute qualité à partir d’échantillons complexes, à détecter les gènes E6 et E7 de VPH16 et 18 en RT-qPCR, et à déterminer précisément la limite de détection de E6 et E7 dans les échantillons frais qui est une proportion de 0,008% de cellules cancéreuses. Dans les échantillons fixés dans la paraffine, cette limite est de 0,02% et 0,05% pour E6-E7-VPH16 et E6-E7-VPH18 respectivement. Ceci comparativement à une limite de détection histologique de 1% qui est déterminée par immunohistochimie de CK19. Enfin, notre protocole est validé pour VPH18 dans les ganglions lymphatiques du CCU.

Detecting uterine cervical cancer cells using molecular biomarkers

Arrière-plan: les cellules tumorales circulantes (CTC) sont détectables dans de nombreux cancers et peuvent être utiles cliniquement pour le pronostic de la maladie, pour mesurer la récidive et pour prédire la sensibilité aux medicaments chimiothérapeutiques. Au cours des dernières années, l’études des CTC dans de nombreux cancers tels que le cancer du sein, du poumon, du côlon et de la prostate a grandement évolué. Alternativement, il y peu d'études à ce sujet concernant le cancer du col de l’utérus (CCU). Objectifs: Notre objectif est d’optimiser le processus d'enrichissement des CTC dans le CCU et la détection moléculaire des biomarqueurs E6 et E7. Matériel et Méthodes: Dans l’optique de mimer la présence de CTC dans le sang, nous avons dilué des cellules cancéreuses CaSki VPH16-positif provenant d’un CCU dans du sang humain prélevé sur des volontaires sains. Les CaSki ont été collectées suite à une centrifugation par densité avec le Ficoll, la lyse des globules rouges (RBC) et la lyse des RBC combinée avec un enrichissement positif et négatif à l’aide de marqueurs de surface cellulaire. Les CTC ont été détectées par la mesure d’expression des oncogènes E6 et E7 du virus du papillome humain (VPH), de la cytokératine 19 (CK19) et de la cycline p16INK4 en utilisant la technique quantitative en temps réel de Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR). Pour valider notre méthode de détection des CTC in vivo, nous avons recruté dix patientes atteintes d’un CCU VPH16 positif et six contrôles sains. Résultats: Dans le modèle de dilutions de cellules CaSki, la lyse des RBC seule ou combinée avec l'enrichissement négatif ou positif suggèrent des limites de détection de 1 CTC par mL de sang pour tous les biomarqueurs moléculaires utilisés. La sensibilité de détection est accrue lors de l'utilisation de l’enrichissement positif et négatif en réduisant le bruit de fond causé par les monocytes sanguins. Contrairement aux oncogènes E6 et E7, les marqueurs CK19 et p16INK4A ont été détectés chez des individus sains, les niveaux d'expression de base appropriés doivent donc être déterminés avec précision par rapport aux patientes CCU. Le gradient de densité par Ficoll a une limite de détection de seulement environ 1000 cellules par mL de sang. Enfin, les CTC ont été détectées dans 2/10 patientes en utilisant le marqueur CK19. Cependant, ces patientes étaient négatives pour les oncogènes E6/E7. Le marqueur p16INK4A était exprimé au même niveau dans tous les échantillons (CCU et normaux). Conclusion: Notre étude suggère que les oncogènes E6 et E7 du VPH16 sont les marqueurs biologiques les plus sensibles et spécifiques en qRT-PCR pour détecter les CTC dans le modèle de dilution de cellules de CCU dans le sang. Chez les patientes atteintes d’un CCU de stade précoce, seulement CK19 a révélé la présence potentielle de CTC, ce qui suggère que ces cellules sont rares à ce stade de la maladie. Mots clés: cancer du col de l’utérus, cellules tumorales circulantes, RT-qPCR, E6 et E7, CK19, p16INK4A, enrichissement immunomagnétique, détection moléculaire.

Analyse préliminaire du rôle des "Ubiquitin specific peptidases" et de l'axe USP7-MDM2-TP53-CDKN1A dans les leucémies myéloïdes aiguës

On note un taux élevé de résistance aux traitements dans la leucémie myéloïde aiguë (LMA). Cette résistance peut être associée aux altérations de TP53. Les « ubiquitin specific peptidases » (USP) sont impliquées dans plusieurs cancers mais leurs rôles ne sont pas élucidés dans les LMA. L’analyse de l’expression génique par RT-PCR quantitative de 21 USP et des gènes de l’axe USP7-MDM2-TP53-CDKN1A dans 111 échantillons de LMA a montré une dérégulation de USP44, USP1, USP28 et CDKN1A dans respectivement 72%, 44%, 25% et 42% des cas. CDKN1A, une cible importante de TP53, pourrait avoir un rôle dans la résistance au traitement. Nous avons développé un modèle expérimental pour évaluer la réponse des cellules leucémiques à la doxorubicine et au nutlin 3, un modulateur non génotoxique de TP53, selon l’expression initiale de CDKN1A. Ce travail préliminaire suggère que certains membres de la famille des USP et CDKN1A pourraient représenter de nouvelles cibles thérapeutiques dans les LMA.

Biomarqueurs pronostiques dans le cancer de la prostate : mieux prédire pour mieux traiter

Le cancer de la prostate (CP) est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué en Amérique du Nord et est au troisième rang en termes de létalité chez les hommes. Suite aux traitements de première ligne, 20 à 30% des patients diagnostiqués avec un cancer localisé auront une récidive biochimique de la maladie. La déplétion androgénique mène fréquemment au développement du stade de résistance à la castration (RC). Ce dernier est associé avec une augmentation de la morbidité (métastases osseuses) et de la mortalité avec une survie moyenne inférieure à deux ans. L’évolution du CP est très hétérogène dans la population et il n’existe actuellement aucun biomarqueur pronostique permettant d’identifier les patients à risque de récurrence biochimique, de métastases osseuses et de développement d’une résistance à la castration. De nombreuses études ont démontré que les cytokines inflammatoires IL-6 et IL-8 jouent un rôle dans la pathogénèse du CP, notamment dans le développement de la résistance à la castration. Par ailleurs, les niveaux sériques élevés de ces cytokines ont été associés à un mauvais pronostic. Précédemment, notre laboratoire a démontré in vitro que la protéine IKKε entraîne une augmentation de la sécrétion de ces cytokines dans les cellules du CP et qu’elle est exprimée davantage dans les tissus de cancers plus avancés. Le premier objectif du présent mémoire fut d’évaluer dans des tissus humains la corrélation d’IKKε, IL-6 et IL-8 avec des paramètres cliniques. Nos résultats soulignent le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique de récurrence biochimique et de métastases osseuses. Nous n’avons trouvé aucune association entre IL-6/IL-8 et les paramètres cliniques inclus dans l’étude. Le second objectif de ce projet fut d’évaluer la coexpression de ces trois molécules dans l’épithélium du CP. Nos résultats confirment les observations in vitro en mettant en évidence une forte association entre l’expression d’IKKε, IL-6 et IL-8. Le troisième objectif fut d’évaluer la relation entre les niveaux sériques et tissulaires d’IL-6 et d’IL-8. Aucune relation significative n’a été établie, suggérant que les cytokines sériques ne sont pas uniquement d’origine prostatique. En conclusion, mon projet de maîtrise aura permis de préciser le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique et de valider pour la première fois dans des tissus humains sa co-expression avec les cytokines IL-6 et IL-8, dont le rôle dans la pathogénèse de la maladie est bien établi. Une étude plus exhaustive des voies de signalisation d’IKKε reste d’intérêt pour élucider notamment les mécanismes par lesquels IKKε stimule la production de cytokines et par quels moyens cette protéine pourrait être impliquée dans le développement d’un état résistant à la castration.

Biomarqueurs pronostiques dans le cancer de la prostate : mieux prédire pour mieux traiter

Le cancer de la prostate (CP) est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué en Amérique du Nord et est au troisième rang en termes de létalité chez les hommes. Suite aux traitements de première ligne, 20 à 30% des patients diagnostiqués avec un cancer localisé auront une récidive biochimique de la maladie. La déplétion androgénique mène fréquemment au développement du stade de résistance à la castration (RC). Ce dernier est associé avec une augmentation de la morbidité (métastases osseuses) et de la mortalité avec une survie moyenne inférieure à deux ans. L’évolution du CP est très hétérogène dans la population et il n’existe actuellement aucun biomarqueur pronostique permettant d’identifier les patients à risque de récurrence biochimique, de métastases osseuses et de développement d’une résistance à la castration. De nombreuses études ont démontré que les cytokines inflammatoires IL-6 et IL-8 jouent un rôle dans la pathogénèse du CP, notamment dans le développement de la résistance à la castration. Par ailleurs, les niveaux sériques élevés de ces cytokines ont été associés à un mauvais pronostic. Précédemment, notre laboratoire a démontré in vitro que la protéine IKKε entraîne une augmentation de la sécrétion de ces cytokines dans les cellules du CP et qu’elle est exprimée davantage dans les tissus de cancers plus avancés. Le premier objectif du présent mémoire fut d’évaluer dans des tissus humains la corrélation d’IKKε, IL-6 et IL-8 avec des paramètres cliniques. Nos résultats soulignent le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique de récurrence biochimique et de métastases osseuses. Nous n’avons trouvé aucune association entre IL-6/IL-8 et les paramètres cliniques inclus dans l’étude. Le second objectif de ce projet fut d’évaluer la coexpression de ces trois molécules dans l’épithélium du CP. Nos résultats confirment les observations in vitro en mettant en évidence une forte association entre l’expression d’IKKε, IL-6 et IL-8. Le troisième objectif fut d’évaluer la relation entre les niveaux sériques et tissulaires d’IL-6 et d’IL-8. Aucune relation significative n’a été établie, suggérant que les cytokines sériques ne sont pas uniquement d’origine prostatique. En conclusion, mon projet de maîtrise aura permis de préciser le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique et de valider pour la première fois dans des tissus humains sa co-expression avec les cytokines IL-6 et IL-8, dont le rôle dans la pathogénèse de la maladie est bien établi. Une étude plus exhaustive des voies de signalisation d’IKKε reste d’intérêt pour élucider notamment les mécanismes par lesquels IKKε stimule la production de cytokines et par quels moyens cette protéine pourrait être impliquée dans le développement d’un état résistant à la castration.

The lived experience of healing touch with cancer patients

The recent use of complementary therapies by cancer patients has prompted the study of the use of Healing Touch, an energy based therapy, to learn the meaning of the experience. By using Ray's Caring Inquiry, a phenomenologic-hermeneutic process, the lived experience of receiving Healing Touch was elicited from three cancer patients. Through the interactions of the Healing Touch practitioners, the cancer patient participants, and the energy in and around them, specific themes were expressed: body-physical, emotion-feeling, mental-knowing, and spirit-essence. Further abstracting lead to the metathemes sensation and perception. Through a change in consciousness, a oneness/wholeness was experienced. The unity of meaning elicited was the Rhythm of Oneness Through Energy which is the connecting, opening, and cocreating through caring, the wholeness of each to become one through rhythms of energy. ^

Secretion of tumor necrosis factor by human leukocytes stimulated with shark cartilage

To assess the role of shark cartilage as an immune modulator, acid, salt-soluble, and phosphate-buffered saline extracts were prepared from three different commercial sources (SL, TL, FDC) of cartilage and used to stimulate human leukocytes in vitro. Duplicate leukocyte cultures were set up, each containing 50 $\mu$l of endotoxin-free extract, 200 $\mu$l of cell suspension (2.4-2.5 $\times$ 10$\sp5$ cells) and 100 $\mu$l of medium and incubated at 37$\sp\circ$C. Cultures stimulated with LPS (5 $\mu$g/ml) or medium served as the positive and negative controls, respectively. Culture supernatants were assayed for TNF$\alpha$ by ELISA. Cartilage extracts stimulated cells to release significant levels of TNF$\alpha$ (p $<$.005); the highest response was obtained with the acid extract of SL cartilage. In comparison, response to corresponding extracts of bovine cartilage was lower (p $<$.05). The stimulatory activity was reduced (85%) following proteolytic digestion, and lost when extract was heated (60$\sp\circ$C, 20 min) or treated with urea (6M), suggesting that the active component(s) is a protein. ^

Fas-FasL expression and interactions in mouse tumor cell lines: Implications for tumor immune escape

The Fas system, comprising the Fas receptor (Fas/Apo-1/CD95) and its ligand, Fas ligand (FasL), is a central mediator of programmed cell death in various physiological and pathological processes. FasL exists as transmembrane and soluble forms and induces apoptosis on crosslinking with Fas receptor. Recent evidence indicated that tumor cells exploit this system for their immunologic escape that includes the loss of Fas and the gain of FasL expression. In the present study, nine mouse tumor cell lines of diverse origin were examined immunocytochemically for the expression of Fas and FasL. Nine of nine cell lines expressed FasL, and five of nine cell lines expressed Fas. FasL expression in these tumor cell lines was demonstrated to be functional by its induction of apoptosis in Fas-sensitive target cells in coculture experiments. These results suggest that FasL may be a prevalent mediator of immune privilege in mouse malignancies, and support the recently proposed "counterattack model" for local elimination of tumor-reactive immune cells by tumor cell-derived FasL.^ Culture supernatant of four cell lines expressing FasL showed cytotoxic effect on Fas-sensitive target cells, indicating the possibility of secreted FasL in the medium. The Fas-expressing cell lines were sensitized to anti-Fas antibody cytotoxicity following treatment with IL-2 and IFN-$\gamma$, suggesting cytokine stimulation as an effective target for future immunotherapeutic strategies. ^

Thioredoxin and Jab1 control estrogen- and antiestrogen-mediated progression of the cell cycle through p27 interactions

A major problem with breast cancer treatment is the prevalence of antiestrogen resistance, be it de novo or acquired after continued use. Many of the underlying mechanisms of antiestrogen resistance are not clear, although estrogen receptor-mediated actions have been identified as a pathway that is blocked by antiestrogens. Selective estrogen receptor modulators (SERMs), such as tamoxifen, are capable of producing reactive oxygen species (ROS) through metabolic activation, and these ROS, at high levels, can induce irreversible growth arrest that is similar to the growth arrest incurred by SERMs. This suggests that SERM-mediated growth arrest may also be through ROS accumulation. Breast cancer receiving long-term antiestrogen treatment appears to adapt to this increased, persistent level of ROS. This, in turn, leads to the disruption of reversible redox signaling that involves redox-sensitive phosphatases and protein kinases and transcription factors. This has downstream consequences for apoptosis, cell cycle progression, and cell metabolism. For this dissertation, we explored if altering the ROS formed by tamoxifen also alters sensitivity of the drug in resistant cells. We explored an association with a thioredoxin/Jab1/p27 pathway, and a possible role of dysregulation of thioredoxin-mediated redox regulation contributing to the development of antiestrogen resistance in breast cancer. We used standard laboratory techniques to perform proteomic assays that showed cell proliferation, protein concentrations, redox states, and protein-protein interactions. We found that increasing thioredoxin reductase levels, and thus increasing the amount of reduced thioredoxin, increased tamoxifen sensitivity in previously resistant cells, as well as altered estrogen and tamoxifen-induced ROS. We also found that decreasing levels of Jab1 protein also increased tamoxifen sensitivity, and that the downstream effects showed a decrease p27 phosphorylation in both cases. We conclude that the chronic use of tamoxifen can lead to an increase in ROS that alters cell signaling and causing cell growth in the presence of tamoxifen, and that this resistant cell growth can be reversed with an alteration to the thioredoxin/Jab1 pathway.

The epidemiology of prostate cancer among multiethnic men

The research goal was to document differences in the epidemiology of prostate cancer among multicultural men [non-Hispanic White (NHW), Hispanic (H), non-Hispanic Black (NHB)], and Black subgroups, particularly among NHB subgroups [US-born (USB) and Caribbean-born (CBB)]. Study findings will be useful in supporting further research into Black subgroups. Aim 1 explored changes over time in reported prostate cancer prevalence, by race/ethnicity and by birthplace (within the Black subgroups). Aim 2 investigated relationships between observed and latent variables. The analytical approaches included confirmatory factor analysis (CFA for measurement models) and structural equation modeling (SEM for regression models). National Center for Health Statistics, National Health Interview Survey (NHIS) data from 1999–2008 were used. The study sample included men aged 18 and older, grouped by race/ethnicity. Among the CBB group, survey respondents were limited to the English-speaking Caribbean. Prostate cancer prevalence, by race showed a higher trend among NHB men than NHW men overall, however differences over time were not significant. CBB men reported a higher proportion of prostate cancer among cancers diagnosed than USB men overall. Due to small sample sizes, stable prostate cancer prevalence trends could not be assessed over time nor could trends in the receipt of a PSA exam among NHB men when stratified by birthplace. USB and CBB men differ significantly in their screening behavior. The effect of SES on PSA screening adjusted for risk factors was statistically significant while latent variable lifestyle was not. Among risk factors, family history of cancer exhibited a consistent positive effect on PSA screening for both USB and CBB men. Among the CBB men, the number of years lived in the US did not significantly affect PSA screening behavior. When NHB men are stratified by birthplace, CBB men had a higher overall prevalence of prostate cancer diagnoses than USB men although not statistically significant. USB men were 2 to 3 times more likely to have had a PSA exam compared to CBB men, but among CBB men birthplace did not make a significant difference in screening behavior. Latent variable SES, but not lifestyle, significantly affected the likelihood of a PSA exam.

The potential role of environmental exposures and genomic signaling in development of central nervous system tumors

The etiology of central nervous system tumors (CNSTs) is mainly unknown. Aside from extremely rare genetic conditions, such as neurofibromatosis and tuberous sclerosis, the only unequivocally identified risk factor is exposure to ionizing radiation, and this explains only a very small fraction of cases. Using meta-analysis, gene networking and bioinformatics methods, this dissertation explored the hypothesis that environmental exposures produce genetic and epigenetic alterations that may be involved in the etiology of CNSTs. A meta-analysis of epidemiological studies of pesticides and pediatric brain tumors revealed a significantly increased risk of brain tumors among children whose mothers had farm-related exposures during pregnancy. A dose response was recognized when this risk estimate was compared to those for risk of brain tumors from maternal exposure to non-agricultural pesticides during pregnancy, and risk of brain tumors among children exposed to agricultural activities. Through meta-analysis of several microarray studies which compared normal tissue to astrocytomas, we were able to identify a list of 554 genes which were differentially expressed in the majority of astrocytomas. Many of these genes have in fact been implicated in development of astrocytoma, including EGFR, HIF-1α, c-Myc, WNT5A, and IDH3A. Reverse engineering of these 554 genes using Bayesian network analysis produced a gene network for each grade of astrocytoma (Grade I-IV), and ‘key genes’ within each grade were identified. Genes found to be most influential to development of the highest grade of astrocytoma, Glioblastoma multiforme (GBM) were: COL4A1, EGFR, BTF3, MPP2, RAB31, CDK4, CD99, ANXA2, TOP2A, and SERBP1. Lastly, bioinformatics analysis of environmental databases and curated published results on GBM was able to identify numerous potential pathways and geneenvironment interactions that may play key roles in astrocytoma development. Findings from this research have strong potential to advance our understanding of the etiology and susceptibility to CNSTs. Validation of our ‘key genes’ and pathways could potentially lead to useful tools for early detection and novel therapeutic options for these tumors.

4-hydroxy estradiol-induced oxidant-mediated signaling is involved in the development of breast cancer

Breast cancer is a disease associated with excess exposures to estrogens. While the mode of cancer causation is unknown, others have shown that oxidative stress induced by prolonged exposure to estrogens mediates renal, liver, endometrial and mammary tumorigenesis though the mechanism(s) underling this process is unknown. In this study, we show that 4-hydroxyl 17β-estradiol (4-OHE2), a catechol metabolite of estrogen, induces mammary tumorigenesis in a redox dependent manner. We found that the mechanism of tumorigenesis involves redox activations of nuclear respiratory factor-1 (NRF1); a transcriptions factor associated with regulation of mitochondria biogenesis and oxidative phosphorylation (OXPHOS), as well as mediation of cell survival and growth of cells during periods of oxidative stress. Key findings from our study are as follows: (i) Prolonged treatments of normal mammary epithelial cells with 4-OHE2, increased the formation of intracellular reactive oxygen species (ROS). (ii) Estrogen-induced ROS activates redox sensitive transcription factors NRF1. (iii) 4-OHE2 through activation of serine-threonine kinase and histone acetyl transferase, phosphorylates and acetylate NRF1 respectively. (iv) Redox mediated epigenetic modifications of NRF1 facilitates mammary tumorigenesis and invasive phenotypes of breast cancer cells via modulations of genes involved in proliferation, growth and metastasis of exposed cells. (v) Animal engraftment of transformed clones formed invasive tumors. (vi) Treatment of cells or tumors with biological or chemical antioxidants, as well as silencing of NRF1 expressions, prevented 4-OHE2 induced mammary tumorigenesis and invasive phenotypes of MCF-10A cells. Based on these observations, we hypothesize that 4-OHE2 induced ROS epigenetically activate NRF1 through its phosphorylation and acylation. This, in turn, through NRF1-mediated transcriptional activation of the cell cycle genes, controls 4-OHE2 induced cell transformation and tumorigenesis.^

The role of redox signaling in the molecular mechanism of tamoxifen resistance in breast cancer.

The emergence of tamoxifen or aromatase inhibitor resistance is a major problem in the treatment of breast cancer. The molecular signaling mechanism of antiestrogen resistance is not clear. Understanding the mechanisms by which resistance to these agents arise could have major clinical implications for preventing or circumventing it. Therefore, in this dissertation we have investigated the molecular mechanisms underlying antiestrogen resistance by studying the contributions of reactive oxygen species (ROS)-induced redox signaling pathways in antiestrogen resistant breast cancer cells. Our hypothesis is that the conversion of breast tumors to a tamoxifen-resistant phenotype is associated with a progressive shift towards a pro-oxidant environment of cells as a result of oxidative stress. The hypothesis of this dissertation was tested in an in vitro 2-D cell culture model employing state of the art biochemical and molecular techniques, including gene overexpression, immunoprecipitation, Western blotting, confocal imaging, ChIP, Real-Time RT-PCR, and anchorage-independent cell growth assays. We observed that tamoxifen (TAM) acts like both an oxidant and an antioxidant. Exposure of tamoxifen resistant LCC2 cell to TAM or 17 beta-estradiol (E2) induced the formation of reactive oxidant species (ROS). The formation of E2-induced ROS was inhibited by co-treatment with TAM, similar to cells pretreated with antioxidants. In LCC2 cells, treatments with either E2 or TAM were capable of inducing cell proliferation which was then inhibited by biological and chemical antioxidants. Exposure of LCC2 cells to tamoxifen resulted in a decrease in p27 expression. The LCC2 cells exposed to TAM showed an increase in p27 phosphorylation on T157 and T187. Conversely, antioxidant treatment showed an increase in p27 expression and a decrease in p27 phosphorylation on T157 and T187 in TAM exposed cells which were similar to the effects of Fulvestrant. In line with previous studies, we showed an increase in the binding of cyclin E-Cdk2 and in the level of p27 in TAM exposed cells that overexpressed biological antioxidants. Together these findings highly suggest that lowering the oxidant state of antiestrogen resistant LCC2 cells, increases LCC2 susceptibility to tamoxifen via the cyclin dependent kinase inhibitor p27.

A novel 3-D segmentation algorithm for anatomic liver and tumor volume calculations for liver cancer treatment planning

Three-Dimensional (3-D) imaging is vital in computer-assisted surgical planning including minimal invasive surgery, targeted drug delivery, and tumor resection. Selective Internal Radiation Therapy (SIRT) is a liver directed radiation therapy for the treatment of liver cancer. Accurate calculation of anatomical liver and tumor volumes are essential for the determination of the tumor to normal liver ratio and for the calculation of the dose of Y-90 microspheres that will result in high concentration of the radiation in the tumor region as compared to nearby healthy tissue. Present manual techniques for segmentation of the liver from Computed Tomography (CT) tend to be tedious and greatly dependent on the skill of the technician/doctor performing the task. ^ This dissertation presents the development and implementation of a fully integrated algorithm for 3-D liver and tumor segmentation from tri-phase CT that yield highly accurate estimations of the respective volumes of the liver and tumor(s). The algorithm as designed requires minimal human intervention without compromising the accuracy of the segmentation results. Embedded within this algorithm is an effective method for extracting blood vessels that feed the tumor(s) in order to plan effectively the appropriate treatment. ^ Segmentation of the liver led to an accuracy in excess of 95% in estimating liver volumes in 20 datasets in comparison to the manual gold standard volumes. In a similar comparison, tumor segmentation exhibited an accuracy of 86% in estimating tumor(s) volume(s). Qualitative results of the blood vessel segmentation algorithm demonstrated the effectiveness of the algorithm in extracting and rendering the vasculature structure of the liver. Results of the parallel computing process, using a single workstation, showed a 78% gain. Also, statistical analysis carried out to determine if the manual initialization has any impact on the accuracy showed user initialization independence in the results. ^ The dissertation thus provides a complete 3-D solution towards liver cancer treatment planning with the opportunity to extract, visualize and quantify the needed statistics for liver cancer treatment. Since SIRT requires highly accurate calculation of the liver and tumor volumes, this new method provides an effective and computationally efficient process required of such challenging clinical requirements.^