Regulation of BAP1 tumor suppressor complex by post-translational modifications

Le régulateur transcriptionnel BAP1 est une déubiquitinase nucléaire (DUB) dont le substrat est l’histone H2A modifiée par monoubiquitination au niveau des residus lysines 118 et 119 (K118/K119). Depuis les dernières années, BAP1 emerge comme un gene suppresseur de tumeur majeur. En effet, BAP1 est inactivé dans un plethore de maladies humaines héréditaires et sporadiques. Cependant, malgré l’accumulation significative des connaissances concernant l’occurrence, la pénétrance et l’impact des défauts de BAP1 sur le développement de cancers, ses mécanismes d’action et de régulation restent très peu compris. Cette étude est dédiée à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle du complexe multi-protéique de BAP1 et se présente parmi les premiers travaux décrivant sa régulation par des modifications post-traductionnelles. D’abord, nous avons défini la composition du corps du complexe BAP1 ainsi que ses principaux partenaires d’interaction. Ensuite, nous nous sommes spécifiquement intéressés a investiguer d’avantage deux principaux aspects de la régulation de BAP1. Nous avons d’abord décrit l’inter-régulation entre deux composantes majeures du complexe BAP1, soit HCF-1 et OGT. D’une manière très intéressante, nous avons trouvé que le cofacteur HCF-1 est un important régulateur des niveaux protéiques d’OGT. En retour, OGT est requise pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant sa protéolyse par O-GlcNAcylation, un processus de régulation très important pour le bon fonctionnement de HCF-1. D’autre part, nous avons découvert un mécanisme unique de régulation de BAP1 médiée par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. en effet, UBE2O se caractérise par le fait qu’il s’agit aussi bien d’une ubiquitine conjuratrice et d’une ubiquitine ligase. UBE2O, multi-monoubiquitine BAP1 au niveau de son domaine NLS et promeut son exclusion du noyau, le séquestrant ainsi dans le cytoplasme. De façon importante, nos travaux ont permis de mettre de l’emphase sur le rôle de l’activité auto-catalytique de chacune de ces enzymes, soit l’activité d’auto-déubiquitination de BAP1 qui est requise pour la maintenance de sa localisation nucléaire ainsi que l’activité d’auto-ubiquitination d’UBE2O impliquée dans son transport nucléo-cytoplasmique. De manière significative, nous avons trouvé que des défauts au niveau de l’auto-déubiquitination de BAP1 due à des mutations associées à certains cancers indiquent l’importance d’une propre regulation de cette déubiquitinase pour les processus associés à la suppression de tumeurs.

Study of nuclear receptor dynamics by BRET

Les récepteurs nucléaires (RN) sont des facteurs de transcription ligand dépendants qui contrôlent une grande variété de processus biologiques de la physiologie humaine, ce qui a fait d'eux des cibles pharmacologiques privilégiées pour de nombreuses maladies. L'un de ces récepteurs, le récepteur de l’œstrogène alpha (ERα), peut activer la prolifération cellulaire dans certaines sections de l'épithélium mammaire tandis qu’un autre, le récepteur de l'acide rétinoïque alpha (RARα), peut provoquer un arrêt de la croissance et la différenciation cellulaire. La signalisation de ces deux récepteurs peut être altérée dans le cancer du sein, contribuant à la tumorigénèse mammaire. L’activité d’ERα peut être bloquée par les anti-oestrogènes (AE) pour inhiber la prolifération des cellules tumorales mammaires. Par contre, l’activation des voies de RARα avec des rétinoïdes dans un contexte clinique a rencontré peu de succès. Ceci pourrait résulter du manque de spécificité des ligands testés pour RARα et/ou de leur activité seulement dans certains sous-types de tumeurs mammaires. Puisque les récepteurs nucléaires forment des homo- et hétéro-dimères, nous avons cherché à développer de nouveaux essais pharmacologiques pour étudier l'activité de complexes dimériques spécifiques, leur dynamique d’association et la structure quaternaire des récepteurs des œstrogènes. Nous décrivons ici une nouvelle technique FRET, surnommée BRET avec renforcement de fluorescence par transferts combinés (BRETFect), qui permet de détecter la formation de complexes de récepteurs nucléaires ternaires. Le BRETFect peut suivre l'activation des hétérodimères ERα-ERβ et met en évidence un mécanisme allostérique d'activation que chaque récepteur exerce sur son partenaire de dimérisation. L'utilisation de BRETFect en combinaison avec le PCA nous a permis d'observer la formation de multimères d’ERα fonctionnels dans des cellules vivantes pour la première fois. La formation de multimères est favorisée par les AE induisant la dégradation du récepteur des oestrogènes, ce qui pourrait contribuer à leurs propriétés spécifiques. Ces essais de BRET apportent une nette amélioration par rapport aux tests de vecteurs rapporteur luciférase classique, en fournissant des informations spécifiques aux récepteurs en temps réel sans aucune interférence par d'autres processus tels que la transcription et de la traduction. L'utilisation de ces tests nous a permis de caractériser les propriétés de modulation de l’activité des récepteurs nucléaires d’une nouvelle classe de molécules hybrides qui peuvent à la fois lier ERa ou RAR et inhiber les HDACs, conduisant au développement de nouvelles molécules prometteuses bifonctionnelles telles que la molécule hybride RAR-agoniste/HDACi TTNN-HA.

Biochemical and functional characterization of the tumor suppressors BRCA1 and BAP1

L’ubiquitination est une modification post-traductionnelle qui joue un rôle majeur dans la régulation d’une multitude de processus cellulaires. Dans cette thèse, je discuterai de la caractérisation de deux protéines, BRCA1 et BAP1, soit deux suppresseurs de tumeurs fonctionnellement reliés. BRCA1, une ubiquitine ligase qui catalyse la liaison de l’ubiquitine à une protéine cible, est mutée dans les cancers du sein et de l'ovaire. Il est bien établi que cette protéine aide à maintenir la stabilité génomique suite à un bris double brin de l’ADN (BDB), et ce, à l’aide d’un mécanisme de réparation bien caractérisé appelé recombinaison homologue. Cependant, les mécanismes de régulation de BRCA1 suite à des stresses génotoxiques n’impliquant pas directement un BDB ne sont pas pleinement élucidés. Nous avons démontré que BRCA1 est régulée par dégradation protéasomale suite à une exposition des cellules à deux agents génotoxiques reconnus pour ne pas directement générer des BDBs, soit les rayons UV, qui provoquent la distorsion de l’hélice d’ADN, et le méthyle méthanesulfonate (MMS), qui entraîne l’alkylation de l’ADN. La dégradation de BRCA1 est réversible et indépendante des kinases associées à la voie des PI3 kinase, soit ATM, ATR et DNA-PK, protéines qui sont rapidement activées par les dommages à l’ADN. Nous proposons que la dégradation de BRCA1 prévienne son recrutement intempestif, ainsi que celui des facteurs qui lui sont associés, à des sites de dommages d’ADN qui ne sont pas des BDBs, et que cette régulation coordonne la réparation de l’ADN. L’enzyme de déubiquitination BAP1 a initialement été identifiée comme une protéine capable d’interagir avec BRCA1 et de réguler sa fonction. Elle est également connue pour sa capacité à se lier avec les protéines du groupe Polycomb, ASXL1 et ASXL2. Cependant, l’importance de ces interactions n’a toujours pas été établie. Nous avons démontré que BAP1 forme deux complexes protéiques mutuellement exclusifs avec ASXL1 et ASXL2. Ces interactions sont critiques pour la liaison de BAP1 à l’ubiquitine ainsi que pour la stimulation de son activité enzymatique envers l’histone H2A. Nous avons également identifié des mutations de BAP1 dérivées de cancers qui empêchent à la fois son interaction avec ASXL1 et AXSL2, et son activité de déubiquitinase, ce qui fournit un lien mécanistique direct entre la déubiquitination de H2A et la tumorigenèse. Élucider les mécanismes de régulation de BRCA1 et BAP1 menera à une meilleure compréhension de leurs rôles de suppresseurs de tumeurs, permettant ainsi d’établir de nouvelles stratégies de diagnostic et traitement du cancer.

“Unmixing” Tissue Gene Expression Signatures from Tumor Biopsies

Emergent molecular measurement methods, such as DNA microarray, qRTPCR, and many others, offer tremendous promise for the personalized treatment of cancer. These technologies measure the amount of specific proteins, RNA, DNA or other molecular targets from tumor specimens with the goal of “fingerprinting” individual cancers. Tumor specimens are heterogeneous; an individual specimen typically contains unknown amounts of multiple tissues types. Thus, the measured molecular concentrations result from an unknown mixture of tissue types, and must be normalized to account for the composition of the mixture. For example, a breast tumor biopsy may contain normal, dysplastic and cancerous epithelial cells, as well as stromal components (fatty and connective tissue) and blood and lymphatic vessels. Our diagnostic interest focuses solely on the dysplastic and cancerous epithelial cells. The remaining tissue components serve to “contaminate” the signal of interest. The proportion of each of the tissue components changes as a function of patient characteristics (e.g., age), and varies spatially across the tumor region. Because each of the tissue components produces a different molecular signature, and the amount of each tissue type is specimen dependent, we must estimate the tissue composition of the specimen, and adjust the molecular signal for this composition. Using the idea of a chemical mass balance, we consider the total measured concentrations to be a weighted sum of the individual tissue signatures, where weights are determined by the relative amounts of the different tissue types. We develop a compositional source apportionment model to estimate the relative amounts of tissue components in a tumor specimen. We then use these estimates to infer the tissuespecific concentrations of key molecular targets for sub-typing individual tumors. We anticipate these specific measurements will greatly improve our ability to discriminate between different classes of tumors, and allow more precise matching of each patient to the appropriate treatment

Biological Basis and Clinical Application of Serum Tumor Markers

Cancer is the result of the accumulation of changes in molecules with important functions in processes such as cell proliferation, apoptosis, cell death and gene repair. Molecules, substances or altered pathways constitute tumor markers or biomarkers useful in clinical monitoring of cancer patients, because they have demonstrated to be suitable for the valuation of the patient’s treatment and it efficiency. Determination of tumor markers has not been very successful due to the low sensitivity and specificity of the techniques used and the requirement of large volumes of biological samples or the use of invasive methods for collecting them. The serum tumor markers arise, as a useful tool to obtain information about the disease progress and constitute as a scientific challenge to improve its applicability in early diagnosis, prognosis, monitoring of the disease and evaluation of therapeutic efficacy.

Brain Tumor, Mood Disorder and Encephalopathy

Brain Tumor, Mood Disorder and EncephalopathyWe report a case of a patient was 65 years old, who was admitted with neurologic symptoms ill-defined by imaging findings that initial meningioma wing of the sphenoid, tumor resection, is performed. She presented torpid evolution, progressive neurological deterioration, until her death.

Tumor de células granulares en lengua (tumor de Abrikossoff): reporte de caso

El tumor de células granulares (tumor de Abrikossoff) es una neoplasia benigna en un 98% de casos. Su presentación es escasa y la estirpe celular del tumor es controvertida; sin embargo, la detección positiva de proteína S-100 sugiere un origen neural. Se reporta el caso de una paciente de 16 años de edad con diagnóstico histopatológico de tumor de células granulares en el estudio de espécimen de resección quirúrgica de nódulo lingual.

DNA damage in canine transmissible venereal tumor cells

O Tumor Venéreo Transmissível (TVT) tem sido classificado de acordo com o tipo celular predominante da seguinte forma: linfocitóide, plasmocitóide e misto. Vários graus de agressividade com grande variedade de comportamento biológico, têm sido descritos de acordo com as morfologias das células do TVT. O presente estudo teve como objectivo investigar o nível de danos no DNA nos três tipos de células do TVT, visando uma melhor compreensão dos mecanismos relacionados com a agressividade dessa neoplasia. Um total de 35 cães, sem restrição quanto à idade, sexo ou raça, e com diagnóstico clínico e citológico de TVT foram avaliados. Amostras de células foram obtidas a partir de 35 tumores, por aspiração com agulha fina, e realizada citologia e análise dos danos no DNA, pelo Ensaio Cometa. Dos 35 casos de TVT, 12 (34,3%) foram plasmocitóide, 11 (31,4%) linfocitóide, e 12 (34,3%) misto. Estatísticamente (p <0,05) o TVT linfocitóide apresentou maior nível de danos no DNA quando comparado com os outros dois tipos.

Peptides generated ex vivo from serum proteins by tumor-specific exopeptidases are not useful biomarkers in ovarian cancer

BACKGROUND: The serum peptidome may be a valuable source of diagnostic cancer biomarkers. Previous mass spectrometry (MS) studies have suggested that groups of related peptides discriminatory for different cancer types are generated ex vivo from abundant serum proteins by tumor-specific exopeptidases. We tested 2 complementary serum profiling strategies to see if similar peptides could be found that discriminate ovarian cancer from benign cases and healthy controls. METHODS: We subjected identically collected and processed serum samples from healthy volunteers and patients to automated polypeptide extraction on octadecylsilane-coated magnetic beads and separately on ZipTips before MALDI-TOF MS profiling at 2 centers. The 2 platforms were compared and case control profiling data analyzed to find altered MS peak intensities. We tested models built from training datasets for both methods for their ability to classify a blinded test set. RESULTS: Both profiling platforms had CVs of approximately 15% and could be applied for high-throughput analysis of clinical samples. The 2 methods generated overlapping peptide profiles, with some differences in peak intensity in different mass regions. In cross-validation, models from training data gave diagnostic accuracies up to 87% for discriminating malignant ovarian cancer from healthy controls and up to 81% for discriminating malignant from benign samples. Diagnostic accuracies up to 71% (malignant vs healthy) and up to 65% (malignant vs benign) were obtained when the models were validated on the blinded test set. CONCLUSIONS: For ovarian cancer, altered MALDI-TOF MS peptide profiles alone cannot be used for accurate diagnoses.

Mutations in H5N1 influenza virus hemagglutinin that confer binding to human tracheal airway epithelium

The emergence in 2009 of a swine-origin H1N1 influenza virus as the first pandemic of the 21st Century is a timely reminder of the international public health impact of influenza viruses, even those associated with mild disease. The widespread distribution of highly pathogenic H5N1 influenza virus in the avian population has spawned concern that it may give rise to a human influenza pandemic. The mortality rate associated with occasional human infection by H5N1 virus approximates 60%, suggesting that an H5N1 pandemic would be devastating to global health and economy. To date, the H5N1 virus has not acquired the propensity to transmit efficiently between humans. The reasons behind this are unclear, especially given the high mutation rate associated with influenza virus replication. Here we used a panel of recombinant H5 hemagglutinin (HA) variants to demonstrate the potential for H5 HA to bind human airway epithelium, the predominant target tissue for influenza virus infection and spread. While parental H5 HA exhibited limited binding to human tracheal epithelium, introduction of selected mutations converted the binding profile to that of a current human influenza strain HA. Strikingly, these amino-acid changes required multiple simultaneous mutations in the genomes of naturally occurring H5 isolates. Moreover, H5 HAs bearing intermediate sequences failed to bind airway tissues and likely represent mutations that are an evolutionary "dead end." We conclude that, although genetic changes that adapt H5 to human airways can be demonstrated, they may not readily arise during natural virus replication. This genetic barrier limits the likelihood that current H5 viruses will originate a human pandemic.

Infection of human airway epithelium by human and avian strains of influenza a virus

We describe the characterization of influenza A virus infection of an established in vitro model of human pseudostratified mucociliary airway epithelium (HAE). Sialic acid receptors for both human and avian viruses, alpha-2,6- and alpha-2,3-linked sialic acids, respectively, were detected on the HAE cell surface, and their distribution accurately reflected that in human tracheobronchial tissue. Nonciliated cells present a higher proportion of alpha-2,6-linked sialic acid, while ciliated cells possess both sialic acid linkages. Although we found that human influenza viruses infected both ciliated and nonciliated cell types in the first round of infection, recent human H3N2 viruses infected a higher proportion of nonciliated cells in HAE than a 1968 pandemic-era human virus, which infected proportionally more ciliated cells. In contrast, avian influenza viruses exclusively infected ciliated cells. Although a broad-range neuraminidase abolished infection of HAE by human parainfluenza virus type 3, this treatment did not significantly affect infection by influenza viruses. All human viruses replicated efficiently in HAE, leading to accumulation of nascent virus released from the apical surface between 6 and 24 h postinfection with a low multiplicity of infection. Avian influenza A viruses also infected HAE, but spread was limited compared to that of human viruses. The nonciliated cell tropism of recent human H3N2 viruses reflects a preference for the sialic acid linkages displayed on these cell types and suggests a drift in the receptor binding phenotype of the H3 hemagglutinin protein as it evolves in humans away from its avian virus precursor.

Probiotics and cancer: from in vitro to human studies

Studies in cell cultures and animal models provide evidence that probiotics can beneficially influence various stages in development of colon cancer including tumor initiation, promotion and metastasis. For example, oral administration of Lactobacillus and Bifidobacterium strains can prevent genotoxic damage to the colonic epithelium (considered to be an early stage of the carcinogenic process). Administration to rats of probiotics reduced the incidence of carcinogen-induced pre-cancerous lesions (aberrant crypt foci) in the colon. Furthermore a combination of Bifidobacterium longum and inulin (a prebiotic) was more effective than either treatment alone. In this latter study, the dietary treatments were given after exposure to the carcinogen, which suggests that the protective effects were being exerted at the promotional phase of carcinogenesis. L. acidophilus feeding has been shown to decrease the incidence of colon tumors in rats challenged with a carcinogen and B. longum reduced the incidence of carcinogeninduced colon, liver and mammary tumors. There is limited evidence from epidemiological studies for protective effects of products containing probiotics in humans, but a number of recent dietary intervention studies in healthy subjects and in polyp and cancer patients have yielded promising results on the basis of biomarkers of cancer risk and grade of colorectal tumors.