Ataxia telangiectasia mutated (ATM) inhibition transforms human mammary gland epithelial cells.

Carriers of mutations in the cell cycle checkpoint protein kinase ataxia telangiectasia mutated (ATM), which represent 1-2% of the general population, have an increased risk of breast cancer. However, experimental evidence that ATM deficiency contributes to human breast carcinogenesis is lacking. We report here that in MCF-10A and MCF-12A cells, which are well established normal human mammary gland epithelial cell models, partial or almost complete stable ATM silencing or pharmacological inhibition resulted in cellular transformation, genomic instability, and formation of dysplastic lesions in NOD/SCID mice. These effects did not require the activity of exogenous DNA-damaging agents and were preceded by an unsuspected and striking increase in cell proliferation also observed in primary human mammary gland epithelial cells. Increased proliferation correlated with a dramatic, transient, and proteasome-dependent reduction of p21(WAF1/CIP1) and p27(KIP1) protein levels, whereas little or no effect was observed on p21(WAF1/CIP1) or p27(KIP1) mRNAs. p21(WAF1/CIP1) silencing also increased MCF-10A cell proliferation, thus identifying p21(WAF1/CIP1) down-regulation as a mediator of the proliferative effect of ATM inhibition. Our findings provide the first experimental evidence that ATM is a human breast tumor suppressor. In addition, they mirror the sensitivity of ATM tumor suppressor function and unveil a new mechanism by which ATM might prevent human breast tumorigenesis, namely a direct inhibitory effect on the basal proliferation of normal mammary epithelial cells.

Identificació de noves dianes terapèutiques en neoplàsies limfoides

El limfoma de cèl•lules de mantell (LCM) és un limfoma de cèl•lules B incurable que presenta sobreexpressió de ciclina D1. Això fa necessari el desenvolupament de noves teràpies. Els gens supressors de tumors estan alterats en càncer pel silenciament epigenètic aberrant, com a conseqüència de la desacetilació de les histones dels seus promotors. Els inhibidors de les desacetilases d'histones (HDACi) són nous compostos amb resultats prometedors per al tractament de tumors. L'objectiu principal, i que ha durat 7 mesos, va ser analitzar l'activitat antitumoral de l'àcid hidroxàmic suberoilanílid (SAHA, vorinostat), un HDACi en fase d'assajos clínics per al tractament de varis tumors, en cèl•lules de LCM. Es va analitzar la sensibilitat al SAHA (Merck Pharmaceuticals) en nou línies cel•lulars humanes de LCM, que es diferenciaven en les alteracions genètiques, les característiques replicatives i la sensibilitat als fàrmacs; i cèl•lules primàries de 6 pacients. El SAHA va presentar un efecte citotòxic heterogeni amb DL50 (Dosi Letal 50) de 3.25 μM a &25 μM amb 24 d'incubació. Aquest efecte citotòxic s'incrementava notablement després de 48 hores d'incubació assolint una DL50 de 0.34 a 5.69 μM. Cal destacar que 5 dels 6 casos de les mostres primàries de LCM van mostrar una elevada sensibilitat (DL50 & 8.07 μM). A nivell mecanistic, el SAHA va augmentar l'acetilació de les histones H3 i H4, i va disminuir els nivells de proteïna de la ciclina D1 i c-Flip. La citometria de flux i els anàlisis per Western Blot van posar de manifest que l'efecte citotòxic del SAHA es dóna a través de l'activació de la via mitocondrial de mort cel•lular i la cascada de caspases. El SAHA indueix l'expressió transcripcional de la proteïna proapoptòtica Bmf. Aquests resultats suggereixen que el SAHA podria ser una nova teràpia prometedora per al tractament del LCM.

The role of Pten in the Hematopoietic System and the Hematopoietic Stem Cells

Résumé Identification, localisation et activation des cellules souches hématopoiétiques dormantes in vivo Les cellules souches somatiques sont présentes dans la majorité des tissus régénératifs comme la peau, l'épithélium intestinal et le système hématopoiétique. A partir d'une seule cellule, elles ont les capacités de produire d'autres cellules souches du même type (auto-renouvellement) et d'engendrer un ensemble défini de cellules progénitrices différenciées qui vont maintenir ou réparer leur tissu hôte. Les cellules souches adultes les mieux caractérisées sont les cellules souches hématopoiétiques (HSC), localisées dans la moelle osseuse. Un des buts de mon travail de doctorat était de caractériser plus en profondeur la localisation des HSCs endogènes in vivo. Pour ce faire, la technique "label retaining assay", se basant sur la division peu fréquentes et sur la dormance des cellules souches, a été utilisée. Après un marquage des souris avec du BrdU (analogue à l'ADN) suivi d'une longue période sans BrdU, les cellules ayant incorporés le marquage ("label retaining cells" LCRs) ont pu être identifiées dans la moelle osseuse. Ces cellules LCRs étaient enrichies 300 fois en cellules de phenotype HSC et, en utilisant de la cytofluorométrie, il a pu être montré qu'environ 15% de toutes les HSCs d'une souris restent dormantes durant plusieures semaines. Ces HSCs dormantes à long terme ne sont probablement pas impliquées dans la maintenance de 'hématopoièse. Par contre, on assiste à l'activation rapide de ces HSCs dormantes lors d'une blessure, comme une ablation myéloide. Elles re-entrent alors en cycle cellulaire et sont essentielles pour une génération rapide des cellules progénitrices et matures qui vont remplacer les cellules perdues. De plus, la détection des LCRs, combinée avec l'utilisation du marqueur de HSCs c-kit, peut être utilisée pour la localisation des HSCs dormantes présentes dans la paroi endostéale de la cavité osseuse. De manière surprenante, les LCRs c-kit+ ont surtout étés trouvées isolées en cellule unique, suggérant que le micro-environement spécifique entourant et maintenant les HSCs, appelé niche, pourrait être très réduit et abriter une seule HSC par niche. Rôles complexes du gène supresseur de tumeur Pten dans le système hématopoiétique La phosphatase PTEN disparaît dans certains cancers héréditaires ou sporadiques humains, comme les gliomes, les cancers de l'utérus ou du sein. Pten inhibe la voie de signalisation de la PI3-kinase et joue un rôle clé dans l'apoptose, la croissance, la prolifération et la migration cellulaire. Notre but était d'étudier le rôle de Pten dans les HSC normale et durant la formation de leucémies. Pour ce faire, nous avons généré un modèle murin dans lequel le gène Pten peut être supprimé dans les cellules hématopoiétiques, incluant les HSCs. Ceci a été possible en croissant l'allèle conditionnelle ptenflox soit avec le transgène MxCre inductible par l'interféron α soit avec le transgène Scl-CreERt inductible par le tamoxifen. Ceci permet la conversion de l'allèle ptenflox en l'allèle nul PtenΔ dans les HSCs et les autres types cellulaires hématopoiétiques. Les souris mutantes Pten développent une splénomégalie massive causée par une expansion dramatiques de toutes les cellules myéloides. De manière interessante, alors que le nombre de HSCs dans la moelle osseuse diminue progressivement, le nombre des HSCs dans la rate augmente de manière proportionnelle. Etrangement, les analyses de cycle cellulaire ont montrés que Pten n'avait que peu ou pas d'effet sur la dormance des HSCs ou sur leur autorenouvellement. En revanche, une augmentation massive du niveau de la cytokine de mobilisation G-CSF a été détéctée dans le serum sanguin, suggérant que la suppression de Pten stimulerait la mobilisation et la migration des HSC de la moelle osseuse vers la rate. Finallement, la transplantation de moelle osseuse délétée en Pten dans des souris immuno-déficientes montre que Pten fonctionnerait comme un suppresseur de tumeur dans le système hématopoiétique car son absence entraîne la formation rapide de leucémies lymphocytaires. Summary Identification, localization and activation of dormant hematopoietic stun cells in vivo Somatic stem cells are present in most self-renewing tissues including the skin, the intestinal epithelium and the hematopoietic system. On a single cell basis they have the capacity to produce more stem cells of the same phenotype (self-renewal) and to give rise to a defined set of mature differentiated progeny, responsible for the maintenance or repair of the host tissue. The best characterized adult stem cell is the hematopoietic stem cell (HSC) located in the bone marrow. One goal of my thesis work was to further characterize the location of endogenous HSCs in vivo. To do this, a technique called "label retaining assay» was used which takes advantage of the fact that stem cells (including HSCs) divide very infrequently and can be dormant for months. After labeling mice with the DNA analogue BrdU followed by a long BrdU free "chase", BrdU "label retaining cells" (CRCs) could be identified in the bone marrow. These CRCs were 300-fold enriched for phenotypic HSCs and by using flow cytometry analysis it could be shown that about 15% of all HSCs in the mouse are dormant for many weeks. Our results suggest that these long-term dormant HSCs are unlikely to be involved in homeostatic maintenance. However they are rapidly activated and reenter the cell cycle in response to injury signals such as myeloid ablation. In addition, detection of LRCs in combination with the HSC marker c-Kit could be used to locate engrafted dormant HSCs close to the endosteal lining of the bone marrow cavities. Most surprisingly, c-Kit+LRCs were found predominantly as single cells suggesting that the specific stem cell maintaining microenvironment, called niche, has limited space and may house only single HSCs. Complex roles of the tumor suppressor gene Pten in the hematopoietic system. The phosphatase PTEN is lost in hereditary and sporadic forms of human cancers, including gliomas, endometrial and breast cancers. Pten inhibits the PI3-kina.se pathway and plays a key role in apoptosis, cell growth, proliferation and migration. Our aim was to study the role of Pten in normal HSCs and during leukemia formation. To do this, we generated a mouse model in which the Pten gene can be deleted in hematopoietic cells including HSCs. This was achieved by crossing the conditional ptenflox allele with either the interferona inducible MxCre or the tamoxifen inducible Scl-CreERT transgene. This allowed the conversion of the ptenflox allele into a pterr' null allele in HSCs and other hematopoietic cell types. As a result Pten mutant mice developed massive splenomegaly due to a dramatic expansion of all myeloid cells. Interestingly, while the number of bone marrow HSCs progressively decreased, the number of HSCs in the spleen increased to a similar extent. Unexpectedly, extensive cell cycle analysis showed that Pten had little or no effect on HSC dormancy or HSC self-renewal. Instead, dramatically increased levels of the mobilizing cytokine G-CSF were detected in the blood serum suggesting that loss-of Pten stimulates mobilization and migration of HSC from the BM to the spleen. Finally, transplantation of Pten deficient BM cells into immuno-compromised mice showed that Pten can function as a tumor suppressor in the hematopoietic system and that its absence leads to the rapid formation of T cell leukemia.

Differential regulation of the Hippo pathway by adherens junctions and apical-basal cell polarity modules.

Adherens junctions (AJs) and cell polarity complexes are key players in the establishment and maintenance of apical-basal cell polarity. Loss of AJs or basolateral polarity components promotes tumor formation and metastasis. Recent studies in vertebrate models show that loss of AJs or loss of the basolateral component Scribble (Scrib) cause deregulation of the Hippo tumor suppressor pathway and hyperactivation of its downstream effectors Yes-associated protein (YAP) and Transcriptional coactivator with PDZ-binding motif (TAZ). However, whether AJs and Scrib act through the same or independent mechanisms to regulate Hippo pathway activity is not known. Here, we dissect how disruption of AJs or loss of basolateral components affect the activity of the Drosophila YAP homolog Yorkie (Yki) during imaginal disc development. Surprisingly, disruption of AJs and loss of basolateral proteins produced very different effects on Yki activity. Yki activity was cell-autonomously decreased but non-cell-autonomously elevated in tissues where the AJ components E-cadherin (E-cad) or α-catenin (α-cat) were knocked down. In contrast, scrib knockdown caused a predominantly cell-autonomous activation of Yki. Moreover, disruption of AJs or basolateral proteins had different effects on cell polarity and tissue size. Simultaneous knockdown of α-cat and scrib induced both cell-autonomous and non-cell-autonomous Yki activity. In mammalian cells, knockdown of E-cad or α-cat caused nuclear accumulation and activation of YAP without overt effects on Scrib localization and vice versa. Therefore, our results indicate the existence of multiple, genetically separable inputs from AJs and cell polarity complexes into Yki/YAP regulation.

Let-7a Is a Direct EWS-FLI-1 Target Implicated in Ewing's Sarcoma Development.

Ewing's sarcoma family tumors (ESFT) are the second most common bone malignancy in children and young adults, characterized by unique chromosomal translocations that in 85% of cases lead to expression of the EWS-FLI-1 fusion protein. EWS-FLI-1 functions as an aberrant transcription factor that can both induce and suppress members of its target gene repertoire. We have recently demonstrated that EWS-FLI-1 can alter microRNA (miRNA) expression and that miRNA145 is a direct EWS-FLI-1 target whose suppression is implicated in ESFT development. Here, we use miRNA arrays to compare the global miRNA expression profile of human mesenchymal stem cells (MSC) and ESFT cell lines, and show that ESFT display a distinct miRNA signature that includes induction of the oncogenic miRNA 17-92 cluster and repression of the tumor suppressor let-7 family. We demonstrate that direct repression of let-7a by EWS-FLI-1 participates in the tumorigenic potential of ESFT cells in vivo. The mechanism whereby let-7a expression regulates ESFT growth is shown to be mediated by its target gene HMGA2, as let-7a overexpression and HMGA2 repression both block ESFT cell tumorigenicity. Consistent with these observations, systemic delivery of synthetic let-7a into ESFT-bearing mice restored its expression in tumor cells, decreased HMGA2 expression levels and resulted in ESFT growth inhibition in vivo. Our observations provide evidence that deregulation of let-7a target gene expression participates in ESFT development and identify let-7a as promising new therapeutic target for one of the most aggressive pediatric malignancies.

EGFR signalling as a negative regulator of Notch1 gene transcription and function in proliferating keratinocytes and cancer.

The Notch1 gene has an important role in mammalian cell-fate decision and tumorigenesis. Upstream control mechanisms for transcription of this gene are still poorly understood. In a chemical genetics screen for small molecule activators of Notch signalling, we identified epidermal growth factor receptor (EGFR) as a key negative regulator of Notch1 gene expression in primary human keratinocytes, intact epidermis and skin squamous cell carcinomas (SCCs). The underlying mechanism for negative control of the Notch1 gene in human cells, as well as in a mouse model of EGFR-dependent skin carcinogenesis, involves transcriptional suppression of p53 by the EGFR effector c-Jun. Suppression of Notch signalling in cancer cells counteracts the differentiation-inducing effects of EGFR inhibitors while, at the same time, synergizing with these compounds in induction of apoptosis. Thus, our data reveal a key role of EGFR signalling in the negative regulation of Notch1 gene transcription, of potential relevance for combinatory approaches for cancer therapy.

Five new CYLD mutations in skin appendage tumors and evidence that aspartic acid 681 in CYLD is essential for deubiquitinase activity.

Brooke-Spiegler syndrome, familial cylindromatosis, and familial trichoepithelioma are autosomal-dominant genetic predispositions for benign tumors of skin appendages caused by mutations in the CYLD gene localized on chromosome 16q12-q13. The encoded protein functions as ubiquitin-specific protease (UBP), which negatively regulates NF-kappaB and c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling. We investigated five families affected with these skin neoplasms and identified four premature stop codons and the novel missense mutation D681G in a family in which 11 of 12 investigated tumors were trichoepitheliomas. CYLD protein harboring this missense mutation had a significant reduced ability to inhibit TNF receptor-associated factor (TRAF)2- and TRAF6-mediated NF-kappaB activation, tumor necrosis factor-alpha (TNFalpha)-induced JNK signaling, and to deubiquitinate TRAF2. CYLD-D681G was coimmunoprecipitated by TRAF2, but was unable to cleave K63-linked polyubiquitin chains. Aspartic acid 681 is highly conserved in CYLD homologues and other members of the UBP family, but does not belong to the Cys and His boxes providing the CYLD catalytic triad (Cys601, His871, and Asp889). As reported previously, the homologous residue D295 of HAUSP/USP-7 forms a hydrogen bond with the C-terminal end of ubiquitin and is important for the enzymatic activity. These results underline that D681 in CYLD is required for cleavage of K63-linked polyubiquitin chains.

Ubiquitin-mediated protein degradation and methylation-induced gene silencing cooperate in the inactivation of the INK4/ARF locus in Burkitt lymphoma cell lines.

Burkitt lymphoma is one of the most aggressive tumors affecting humans. Together with the characteristic chromosomal translocation that constitutively activates the c-Myc oncogene, alterations in cellular tumor suppressor pathways are additionally required in order to allow the cells to overcome anti-oncogenic barriers and proliferate in an uncontrolled manner. The INK4a/ARF locus on chromosome 9p21 is considered a safeguard locus since it encodes the two important tumor suppressor proteins, p14 (ARF) and p16 (INK4a) . By regulating the p53 and Rb pathways p14 (ARF) and p16 (INK4a) respectively act as pro-apoptotic and cell cycle inhibitor proteins. The importance of the INK4a/ARF locus has been well documented in several human tumors as well as in Burkitt lymphoma. Although the mechanisms responsible for the transcriptional regulation of the INK4a/ARF locus have been thoroughly characterized, less is known about its posttranscriptional control. In this study we found that p16 (INK4a) and p14 (Arf) are concurrently inactivated in a panel of BL cell lines. We demonstrate that along with the epigenetic silencing of the p16INK4a gene, the complete inactivation of the locus is achieved by the improper turnover of INK4/ARF proteins by the ubiquitin-proteasome system (UPS), as the proteasome inhibitor MG-132 blocks p14 (ARF) degradation and induces a dramatic stabilization of the p16 (INK4a ) protein. We establish that the simultaneous deregulation of both DNA methylation patterns and the ubiquitin-dependent proteolysis system is required to completely inactive the INK4/ARF locus, opening new prospects for the understanding and treatment of Burkitt lymphoma.

Expression of prox1, lymphatic endothelial nuclear transcription factor, in Kaposiform hemangioendothelioma and tufted angioma.

Kaposiform hemangioendothelioma (KHE) and tufted angioma (TA) are rare tumors mainly occurring in early childhood. Our recent results showed that ectopic overexpression of human Prox1 gene, a lymphatic endothelial nuclear transcription factor, promoted an aggressive behavior in 2 murine models of KHE. This dramatic Prox1-induced phenotype prompted us to investigate immunohistochemical staining pattern of Prox1, podoplanin (D2-40), LYVE-1, and Prox1/CD34 as well as double immunofluorescent staining pattern of LYVE-1/CD31 in KHE and TA, compared with other pediatric vascular tumors. For this purpose, we examined 75 vascular lesions: KHE (n=18), TA (n=13), infantile hemangioma (n=13), pyogenic granuloma (n=18), and granulation tissue (n=13). Overall, KHE and TA shared an identical endothelial immunophenotype: the neoplastic spindle cells were Prox1, podoplanin, LYVE-1, CD31, and CD34, whereas endothelial cells within glomeruloid foci were Prox1, podoplanin, LYVE-1, CD31, and CD34. The lesional cells of all infantile hemangiomas and pyogenic granulomas were negative for Prox1 in the presence of positive internal control. These findings provide immunophenotypic evidence to support a preexisting notion that KHE and TA are closely related, if not identical. Overall, our results show, for the first time, that Prox1 is an immunohistochemical biomarker helpful in confirming the diagnosis of KHE/TA and in distinguishing it from infantile hemangioma and pyogenic granuloma.

Role of Notch signaling in the skin and cornea

Résumé : La voie de signalisation Notch est essentielle pour la différentiation de l'épiderme lors du développement embryonnaire de la peau. Il a été démontré que l'inactivation de Notch1 dans la peau de souris conduit à une hyperplasie de l'épiderme ainsi qu'à la formation subséquente de carcinomes basocellulaires ainsi que de plaques cornéennes. L'inactivation de Notch1 dans la cornée combinée à des lésions mécaniques démontre que les cellules progénitrices de la cornée se différentient en un épithélium hyperplasique et kératinisé comme la peau. Ce changement de destinée cellulaire conduit à une cécité cornéenne et implique des processus non-autonomes aux cellules épithéliales, caractérisés par la sécrétion de FGF-2 par l'épithélium Notch1-/- suivi d'une vascularisation et d'un remaniement du stroma sous-jacent. La déficience en vitamine A est connu comme cause de lésions cornéennes humaines (xérophtalmie sévère). En accord, nous avons trouvé que la signalisation Notch1 était liée au métabolisme de la vitamine A par la régulation de l'expression de CRBP1, nécessaire pour générer un pool de rétinol intracellulaire. La perte de Notch1 dans l'épiderme, l'autre récepteur de la famille présent dans la peau marine, ne conduit pas à un phénotype manifeste. Cependant, l'inactivation dans l'épiderme de Notch1 et Notch2 ensemble, ou de RBP-J, induit une dermatite atopique (DA) sévère chez les souris. De même, les patients souffrants de DA mais pas ceux souffrant de psoriasis ou de lichen plan, ont une réduction marquée de l'expression des récepteurs Notch dans la peau. La perte de Notch dans les keratinocytes conduit à une activation de la voie NF-κB, ce qui ensuite induit la production de TSLP, une cytokine profondément impliquée dans la pathogenèse de la DA. Nous démontrons génétiquement que TSLP est responsable de la DA ainsi que du développent d'un syndrome myéloprolifératif non-autonome aux cellules induit par le G-CSF. Cependant, ces souris avec une inactivation dans l'épiderme de Notch1 et Notch2 et aussi incapables de répondre au TSLP développent des tumeurs invasive sévères caractérisées par une haute activité de signalisation ß-catenin. TSLPR est identifié comme un potentiel suppresseur de tumeur non-autonome aux cellules tumorales; la transplantation de cellules hématopoïétiques TSLPR-/- dans des souris déficientes pour Notch est suffisant pour causer des tumeurs. Summary : The Notch pathway is essential for proper epidermal differentiation during embryonic skin development. It has previously been demonstrated that Notch1 inactivation in marine skin results in epidermal hyperplasia and subsequent formation of basal cell carcinoma-like (BCC-like) tumors as well as corneal plaques. Inducible ablation of Notch1 in the cornea combined with mechanical wounding show that Notch1 deficient corneal progenitor cells differentiate into a hyperplasic, keratinized, skin-like epithelium. This cell fate switch leads to corneal blindness and involves cell non-autonomous processes, characterized by secretion of FGF-2 through Notch1-/- epithelium followed by vascularisation and remodelling of the underlying stroma. Vitamin A deficiency is known to induce a similar corneal defect in humans (severe xerophthalmia). Accordingly, we found that Notch1 signaling is linked to vitamin A metabolism by regulating the expression of CRBP1, required to generate a pool of intracellular retinol. Epidermal loss of Notch2, the other Notch receptor present in marine skin, doesn't lead to any overt phenotypes. However, postnatal epidermis-specific inactivation of both Notch1 and Notch2, or of RBP-J, induces the development of a severe form of atopic dermatitis (AD) in mice. Likewise, patients suffering from AD, but not psoriasis or lichen planas, have a marked reduction of Notch receptor expression in the skin. Loss of Notch in keratinocytes leads to an activation of NF-κB signaling which in turn induces the production of Thymic stromal lymphopoietin (TSLP), a cytokine deeply implicated in the pathogenesis of AD. We genetically demonstrate that TSLP is responsible for AD as well as the development of a cell non-autonomous G-CSF induced myeloproliferative disorder (MPD) in mice. However, these mice with conditional epidermal inactivation of Notch1 and Notch2 as well as incapable to respond to TSLP develop severe invasive tumors characterized by high ß-catenin signaling activity. TSLPR is identified as a potential cell non-autonomous tumor suppressor; transplantation of TSLPR-/- hematopoietic cells into epidermal Notch deficient mice is sufficient to cause tumors.

Interaction between ATM and PARP-1 in response to DNA damage and sensitization of ATM deficient cells through PARP inhibition

ATM and PARP-1 are two of the most important players in the cell's response to DNA damage. PARP-1 and ATM recognize and bound to both single and double strand DNA breaks in response to different triggers. Here we report that ATM and PARP-1 form a molecular complex in vivo in undamaged cells and this association increases after gamma-irradiation. ATM is also modified by PARP-1 during DNA damage. We have also evaluated the impact of PARP-1 absence or inhibition on ATM-kinase activity and have found that while PARP-1 deficient cells display a defective ATM-kinase activity and reduced gamma-H2AX foci formation in response to gamma-irradiation, PARP inhibition on itself is able to activate ATM-kinase. PARP inhibition induced gamma H2AX foci accumulation, in an ATM-dependent manner. Inhibition of PARP also induces DNA double strand breaks which were dependent on the presence of ATM. As consequence ATM deficient cells display an increased sensitivity to PARP inhibition. In summary our results show that while PARP-1 is needed in the response of ATM to gamma irradiation, the inhibition of PARP induces DNA double strand breaks (which are resolved in and ATM-dependent pathway) and activates ATM kinase.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

Cells derived from the coelomic epithelium contribute to multiple gastrointestinal tissues in mouse embryos.

Gut mesodermal tissues originate from the splanchnopleural mesenchyme. However, the embryonic gastrointestinal coelomic epithelium gives rise to mesenchymal cells, whose significance and fate are little known. Our aim was to investigate the contribution of coelomic epithelium-derived cells to the intestinal development. We have used the transgenic mouse model mWt1/IRES/GFP-Cre (Wt1(cre)) crossed with the Rosa26R-EYFP reporter mouse. In the gastrointestinal duct Wt1, the Wilms' tumor suppressor gene, is specific and dynamically expressed in the coelomic epithelium. In the embryos obtained from the crossbreeding, the Wt1-expressing cell lineage produces the yellow fluorescent protein (YFP) allowing for colocalization with differentiation markers through confocal microscopy and flow cytometry. Wt1(cre-YFP) cells were very abundant throughout the intestine during midgestation, declining in neonates. Wt1(cre-YFP) cells were also transiently observed within the mucosa, being apparently released into the intestinal lumen. YFP was detected in cells contributing to intestinal vascularization (endothelium, pericytes and smooth muscle), visceral musculature (circular, longitudinal and submucosal) as well as in Cajal and Cajal-like interstitial cells. Wt1(cre-YFP) mesenchymal cells expressed FGF9, a critical growth factor for intestinal development, as well as PDGFRα, mainly within developing villi. Thus, a cell population derived from the coelomic epithelium incorporates to the gut mesenchyme and contribute to a variety of intestinal tissues, probably playing also a signaling role. Our results support the origin of interstitial cells of Cajal and visceral circular muscle from a common progenitor expressing anoctamin-1 and SMCα-actin. Coelomic-derived cells contribute to the differentiation of at least a part of the interstitial cells of Cajal.

Infrequent promoter methylation of the MGMT gene in liver metastases from uveal melanoma.

Uveal melanoma is associated with a high mortality rate once metastases occur, with over >90% of metastatic patients dying within less than 1 year from metastases to the liver. The intraarterial hepatic (iah) administration of the alkylating agent fotemustine holds some promise with response rates of 36% and median survival of 15 months. Here, we investigated whether the DNA-repair-protein MGMT may be involved in the variability of response to fotemustine and temozolomide in uveal melanoma. Epigenetic inactivation of MGMT has been demonstrated to be a predictive marker for benefit from alkylating agent therapy in glioblastoma. We found a methylated MGMT promoter in 6% of liver metastases from 34 uveal melanoma patients. The mean MGMT activity measured in liver metastases with negligible liver tissue content was significantly lower than in liver tissue (146 versus 523 fmol/mg protein, p = 0.002). Expression of the MGMT protein was detectable in 50% of 88 metastases by immunohistochemistry on a tissue microarray. Expression was heterogeneous, and in accordance with MGMT activity data, usually lower than in the surrounding liver. Differential MGMT activity/expression between metastasis and liver tissue and more efficient depletion of MGMT with higher doses of alkylating agent therapy using iah delivery may provide the pharmacologic window for the higher response rate. However, these results do not support MGMT methylation status or protein expression as predictive markers for treatment outcome to iah chemotherapy with alkylating agents.

Clinical implications of molecular neuropathology and biomarkers for malignant glioma.

Malignant gliomas are currently diagnosed based on morphological criteria and graded according to the World Health Organization classification of primary brain tumors. This algorithm of diagnosis and classification provides clinicians with an estimated prognosis of the natural course of the disease. It does not reflect the expected response to specific treatments beyond surgery (eg, radiotherapy or alkylating chemotherapy). Clinical experience has revealed that gliomas sharing similar histomorphological criteria might indeed have different clinical courses and exhibit highly heterogenous responses to treatments. This was very impressively demonstrated first for oligodendrogliomas. The presence or lack of combined deletions of the chromosomal segments 1p/19q was associated with different benefit from radiotherapy and chemotherapy. We review current molecular markers for malignant gliomas and discuss their current and future impact on clinical neuro-oncology.