Four-arm single docking full robotic surgery for low rectal cancer: technique standardization

The authors present the four-arm single docking full robotic surgery to treat low rectal cancer. The eight main operative steps are: 1- patient positioning; 2- trocars set-up and robot docking; 3- sigmoid colon, left colon and splenic flexure mobilization (lateral-to-medial approach); 4-Inferior mesenteric artery and vein ligation (medial-to-lateral approach); 5- total mesorectum excision and preservation of hypogastric and pelvic autonomic nerves (sacral dissection, lateral dissection, pelvic dissection); 6- division of the rectum using an endo roticulator stapler for the laparoscopic performance of a double-stapled coloanal anastomosis (type I tumor); 7- intersphincteric resection, extraction of the specimen through the anus and lateral-to-end hand sewn coloanal anastomosis (type II tumor); 8- cylindric abdominoperineal resection, with transabdominal section of the levator muscles (type IV tumor). The techniques employed were safe and have presented low rates of complication and no mortality.

The Shiga toxin 2 B subunit inhibits net fluid absorption in human colon and elicits fluid accumulation in rat colon loops

Shiga toxin (Stx)-producing Escherichia coli (STEC) colonizes the large intestine causing a spectrum of disorders, including watery diarrhea, bloody diarrhea (hemorrhagic colitis), and hemolytic-uremic syndrome. It is estimated that hemolytic-uremic syndrome is the most common cause of acute renal failure in infants in Argentina. Stx is a multimeric toxin composed of one A subunit and five B subunits. In this study we demonstrate that the Stx2 B subunit inhibits the water absorption (Jw) across the human and rat colonic mucosa without altering the electrical parameters measured as transepithelial potential difference and short circuit current. The time-course Jw inhibition by 400 ng/ml purified Stx2 B subunit was similar to that obtained using 12 ng/ml Stx2 holotoxin suggesting that both, A and B subunits of Stx2 contributed to inhibit the Jw. Moreover, non-hemorrhagic fluid accumulation was observed in rat colon loops after 16 h of treatment with 3 and 30 ng/ml Stx2 B subunit. These changes indicate that Stx2 B subunit induces fluid accumulation independently of A subunit activity by altering the usual balance of intestinal absorption and secretion toward net secretion. In conclusion, our results suggest that the Stx2 B subunit, which is non-toxic for Vero cells, may contribute to the watery diarrhea observed in STEC infection. Further studies will be necessary to determine whether the toxicity of Stx2 B subunit may have pathogenic consequences when it is used as a component in an acellular STEC vaccine or as a vector in cancer vaccines.

Curcumin induces human HT-29 colon adenocarcinoma cell apoptosis by activating p53 and regulating apoptosis-related protein expression

Curcumin, a major yellow pigment and active component of turmeric, has multiple anti-cancer properties. However, its molecular targets and mechanisms of action on human colon adenocarcinoma cells are unknown. In the present study, we examined the effects of curcumin on the proliferation of human colon adenocarcinoma HT-29 cells by the 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide method and confirmed the curcumin-induced apoptosis by morphology and DNA ladder formation. At the same time, p53, phospho-p53 (Ser15), and other apoptosis-related proteins such as Bax, Bcl-2, Bcl-xL, pro-caspase-3, and pro-caspase-9 were determined by Western blot analysis. The colon adenocarcinoma cells were treated with curcumin (0-75 µM) for 0-24 h. We observed that p53 was highly expressed in HT-29 cells and curcumin could up-regulate the serine phosphorylation of p53 in a time- and concentration-dependent manner. An increase in expression of the pro-apoptotic factor Bax and a decrease in expression of the anti-apoptotic factor Bcl-2 were also observed in a time-dependent manner after exposure of 50 µM curcumin, while the expression of the anti-apoptotic factor Bcl-xL was unchanged. Curcumin could also down-regulate the expression of pro-caspase-3 and pro-caspase-9 in a time-dependent manner. These data suggest a possible underlying molecular mechanism whereby curcumin could induce the apoptosis signaling pathway in human HT-29 colon adenocarcinoma cells by p53 activation and by the regulation of apoptosis-related proteins. This property of curcumin suggests that it could have a possible therapeutic potential in colon adenocarcinoma patients.

Efficacy of geraniol but not of β-ionone or their combination for the chemoprevention of rat colon carcinogenesis

β-ionone (βI), a cyclic isoprenoid, and geraniol (GO), an acyclic monoterpene, represent a promising class of dietary chemopreventive agents against cancer, whose combination could result in synergistic anticarcinogenic effects. The chemopreventive activities of βI and GO were evaluated individually or in combination during colon carcinogenesis induced by dimethylhydrazine in 48 3-week-old male Wistar rats (12 per group) weighing 40-50 g. Animals were treated for 9 consecutive weeks with βI (16 mg/100 g body weight), GO (25 mg/100 g body weight), βI combined with GO or corn oil (control). Number of total aberrant crypt foci (ACF) and of ACF ≥4 crypts in the distal colon was significantly lower in the GO group (66 ± 13 and 9 ± 2, respectively) compared to control (102 ± 9 and 17 ± 3) and without differences in the βI (91 ± 11 and 14 ± 3) and βI+GO groups (96 ± 5 and 19 ± 2). Apoptosis level, identified by classical apoptosis morphological criteria, in the distal colon was significantly higher in the GO group (1.64 ± 0.06 apoptotic cells/mm²) compared to control (0.91 ± 0.07 apoptotic cells/mm²). The GO group presented a 0.7-fold reduction in Bcl-2 protein expression (Western blot) compared to control. Colonic mucosa concentrations of βI and GO (gas chromatography/mass spectrometry) were higher in the βI and GO groups, respectively, compared to the control and βI+GO groups. Therefore, GO, but not βI, represents a potential chemopreventive agent in colon carcinogenesis. Surprisingly, the combination of isoprenoids does not represent an efficient chemopreventive strategy.

The role of keratin intermediate filaments in the colon epithelial cells

Keratins (K) are cytoskeletal proteins mainly expressed in the epithelium and constitute the largest subgroup of intermediate filaments (IFs). Simple epithelial keratins (SEKs) K7-K8 and K18-K20 are the major IF elements in the colon. SEK mutations are known to cause around 30 human diseases, mainly affecting liver and skin. However, so far no strong associations between K8 mutations and the development of human colitis have been found. The keratin contribution to colonic health comes from the K8 knock-out (K8-/-) mouse model, which develops an early chronic inflammation and hyperproliferation in the colon. The aim of this thesis was to investigate how keratins contribute to intestinal health and disease mainly by the experimental analysis using the K8-/- mouse colon and cell culture models. The work described here is divided into three studies. The first study revealed involvement of keratins in Notch1 signaling, which is the master regulator of cell fate in the colon. Immunoprecipitation and immunostaining, both in vitro and in vivo showed that K8 binds and co-localizes with Notch1. Interestingly, overexpression of keratins enhanced Notch1 levels and stabilized Notch intracellular domain (NICD), leading to higher activity of Notch signaling. The dramatic decrease in Notch activity in the K8-/- colon resulted in a differentiation shift towards goblet and enteroendocrine cells. The second study focused on the involvement of keratins in colitis-associated cancer (CAC). Although, the K8-/- inflamed colon did not develop colorectal cancer (CRC) spontaneously, it was dramatically more susceptible to induced CRC in two CRC models: azoxymethane (AOM) and multiple intestinal neoplasia (ApcMin/+). To understand how the loss of K8 contributes to CAC, the epithelial inflammasome signaling pathway was analyzed. The released component of active inflammasome, cleaved caspase-1 and its downstream protein, interleukin (IL)-18, were significantly increased in K8-/- and K8-/-ApcMin/+ colons. The inflammasome pathway has recently been suggested to control the levels of IL-22 binding protein (IL-22BP), which is a negative regulator of IL-22 activity. Interestingly, the activated inflammasome correlated with an upregulation of IL-22 and a complete loss of IL-22BP in the K8-null colons. The activation of IL-22 was confirmed by increased levels of downstream signaling, which is phosphorylated signal transducer and activator of transcription 3 (P-STAT3), a transcription factor promoting proliferation and tissue regeneration in the colon. The objective of the third study, was to examine the role of keratins in colon energy metabolism. A proteomic analysis identified mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase 2 (HMGCS2) as the major ownregulated protein in the K8-/- colonocytes. HMGCS2 is the rate-limiting enzyme in ketogenesis, where energy from bacterially produced short chain fatty acids (SCFAs), mainly butyrate, is converted into ketone bodies in colonic epithelium. Lower levels and activity of HMGCS2 in the K8-/- colon resulted in a blunted ketogenesis. The studies upstream from HMGCS2, identified decreased levels of the SCFA-transporter monocarboxylate transporter 1 (MCT1), which led to increased SCFA content in the stool suggesting impaired butyrate transport through the colonic epithelium. Taken together, the results of the herein thesis indicate that keratins are essential regulators of colon homeostasis, in particular epithelial differentiation, tumorigenesis and energy metabolism.

Implication de MEK1 et MEK2 dans l'initiation et la progression du cancer colorectal

Une dérégulation de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 est observée dans plus de 30% des cancers et des mutations activatrices de RAS sont observées dans 30% à 50% des adénomes colorectaux. À la suite d’une analyse extensive de biopsies de tumeurs colorectales humaines par micromatrices tissulaires (TMA), nous avons observé que 44% des tissus cancéreux exprimaient MEK1/2 phosphorylés, contre 10% des tissus normaux. L'analyse des TMA a également révélé que 79% des tumeurs arboraient un marquage nucléaire de MEK1/2 phosphorylés, contre 4 % pour les tissus normaux. Bien que la voie MEK/ERK1/2 soit fréquemment activée dans les cancers, le rôle précis des isoformes de MEK1 et de MEK2 n'a jamais été clairement établie. De même, l'impact de cette localisation nucléaire aberrante de phospho-MEK1/2, dans l'initiation et la progression des cancers colorectaux, est inconnu. Lors d'un premier projet, nous avons démontré, que l’expression de MEK1 ou MEK2 activé est suffisante pour transformer in vitro des cellules intestinales épithéliales de rat (IEC-6). L'expression des mutants actifs de MEK1 ou MEK2 est suffisante pour induire une dérégulation de la prolifération cellulaire et engendrer la formation d'adénocarcinomes invasifs dans un modèle de greffe orthotopique du côlon chez la souris. Nous avons également démontré que l'inhibition de MEK2 par shRNA supprime complètement la prolifération des lignées humaines de cancer du côlon, alors que la suppression de MEK1 a peu d'effet sur la capacité de prolifération. Le deuxième projet, nous a permis d'observer que l'expression d'un mutant nucléaire de MEK1 dans les cellules IEC-6 transforme drastiquement les cellules. Une augmentation de prolifération, une résistance à l'anoikose, un dérèglement du cycle cellulaire, de l'instabilité chromosomique (CIN), de la tétra/aneuploïdie sont observés. La caractérisation des mécanismes responsables de cette localisation aberrante de MEK1/2 phosphorylés, a permis d'identifier la protéine Sef, un régulateur de la localisation cytoplasmique de MEK/ERK1/2. Nous avons démontré que l'expression d'une forme oncogénique de Ras (H-RasV12) inhibe l'expression de Sef, engendrant alors une accumulation nucléaire de MEK1/2 activés. Plus encore, la réexpression de Sef restaure la localisation cytoplasmique de MEK1/2 et renverse les propriétés tumorigéniques ainsi que l'aneuploïdie induite par Ras activé. Un troisième projet, visant la caractérisation des mécanismes associés à la CIN et à l'aneuploïde engendrés par l'activation aberrante de la voie de Ras-ERK1/2, a permis d'observer que l'hyperactivation de ERK1/2 induit des anomalies mitotiques menant à la binucléation. Une localisation erronée et une surexpression de la kinase Aurora A, de même que des protéines de passage du complexe chromosomique (CPC), Aurora B, Survivine et INCENP, sont observées. L'inhibition partielle de l'activation de ERK1/2 par de faible dose de PD184352, un inhibiteur de MEK1/2, est suffisante pour renverser la surexpression de ces régulateurs mitotiques, de même que corriger les anomalies de la mitose et réduire la tétra/aneuploïdie engendrée par Ras oncogénique. Ainsi, nous avons démontré, pour la première fois, que la voie des MAP kinases ERK1/2 est impliquée dans la CIN, la tétraploïdie et l'aneuploïdie. Nos résultats suggèrent que la perte de Sef est un événement oncogénique précoce, qui contribue à la localisation nucléaire aberrante de MEK1/2 qui est observée dans les tumeurs colorectales. Cette localisation anormale de MEK1/2 est associée à l'initiation de la transformation, la progression tumorale et la CIN, via l'activité soutenue de ERK1/2. Ces informations sont capitales et démontrent l’importance de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 dans le processus de tumorigénèse colorectale.

Evaluating DNA damage response (DDR) activation in human prostate cancer

Introduction: Au Canada, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes et le plus mortel après les cancers du poumon et du côlon. Il y a place à optimiser le traitement du cancer de la prostate de manière à mettre en œuvre une médecine personnalisée qui s’adapte aux caractéristiques de la maladie de chaque patient de façon individuelle. Dans ce mémoire, nous avons évalué la réponse aux dommages de l’ADN (RDA) comme biomarqueur potentiel du cancer de la prostate. Les lésions potentiellement oncogènes de l'ADN déclenche une cascade de signalisation favorisant la réparation de l'ADN et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire pour préserver l’intégrité du génome. La RDA est un mécanisme central de suppression tumorale chez l’homme. La RDA joue un rôle important dans l’arrêt de la prolifération des cellules dont les génomes sont compromis, et donc, prévient la progression du cancer en agissant comme une barrière. Cette réponse cellulaire détermine également comment les cellules normales et cancéreuses réagissent aux agents utilisés pour endommager l'ADN lors du traitement du cancer comme la radiothérapie ou la chimiothérapie, en plus la présence d,un certain niveau de RDA dans les cellules du cancer de la prostate peuvent également influer sur l'issue de ces traitements. L’activation des signaux de la RDA peut agir comme un frein au cancer dans plusieurs lésions pré-néoplasiques de l'homme, y compris le cancer de la prostate. Il a été démontré que la RDA est augmentée dans les cellules de néoplasie intra- épithéliale (PIN) comparativement aux cellules prostatiques normales. Toutefois, le devient de la RDA entre le PIN et l’adénocarcinome est encore mal documenté et aucune corrélation n'a été réalisée avec les données cliniques des patients. Notre hypothèse est que les niveaux d’activation de la RDA seront variables selon les différents grades et agressivité du cancer de la prostate. Ces niveaux pourront être corrélés et possiblement prédire les réponses cliniques aux traitements des patients et aider à définir une stratégie plus efficace et de nouveaux biomarqueurs pour prédire les résultats du traitement et personnaliser les traitements en conséquence. Nos objectifs sont de caractériser l'activation de la RDA dans le carcinome de la prostate et corréler ses données avec les résultats cliniques. Méthodes : Nous avons utilisé des micro-étalages de tissus (tissue microarrays- TMAs) de 300 patients ayant subi une prostatectomie radicale pour un cancer de la prostate et déterminé le niveau d’expression de protéines de RDA dans le compartiment stromal et épithélial des tissus normaux et cancéreux. Les niveaux d’expression de 53BP1, p-H2AX, p65 et p-CHK2 ont été quantifiés par immunofluorescence (IF) et par un logiciel automatisé. Ces marqueurs de RDA ont d’abord été validés sur des TMAs-cellule constitués de cellules de fibroblastes normales ou irradiées (pour induire une activation du RDA). Les données ont été quantifiées à l'aide de couches binaires couramment utilisées pour classer les pixels d'une image pour que l’analyse se fasse de manière indépendante permettant la détection de plusieurs régions morphologiques tels que le noyau, l'épithélium et le stroma. Des opérations arithmétiques ont ensuite été réalisées pour obtenir des valeurs correspondant à l'activation de la RDA qui ont ensuite été corrélées à la récidive biochimique et l'apparition de métastases osseuses. Résultats : De faibles niveaux d'expression de la protéine p65 dans le compartiment nucléaire épithélial du tissu normal de la prostate sont associés à un faible risque de récidive biochimique. Par ailleurs, nous avons aussi observé que de faibles niveaux d'expression de la protéine 53BP1 dans le compartiment nucléaire épithéliale du tissu prostatique normal et cancéreux ont été associés à une plus faible incidence de métastases osseuses. Conclusion: Ces résultats confirment que p65 a une valeur pronostique chez les patients présentant un adénocarcinome de la prostate. Ces résultats suggèrent également que le marqueur 53BP1 peut aussi avoir une valeur pronostique chez les patients avec le cancer de la prostate. La validation d'autres marqueurs de RDA pourront également être corrélés aux résultats cliniques. De plus, avec un suivi des patients plus long, il se peut que ces résultats se traduisent par une corrélation avec la survie. Les niveaux d'activité de la RDA pourront éventuellement être utilisés en clinique dans le cadre du profil du patient comme le sont actuellement l’antigène prostatique spécifique (APS) ou le Gleason afin de personnaliser le traitement.

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.

“Reconstruction of Gene Regulatory Network from Expression Profile of Plasma RNA Data of Colorectal Cancer Patients using Soft Computing Techniques”

Microarray data analysis is one of data mining tool which is used to extract meaningful information hidden in biological data. One of the major focuses on microarray data analysis is the reconstruction of gene regulatory network that may be used to provide a broader understanding on the functioning of complex cellular systems. Since cancer is a genetic disease arising from the abnormal gene function, the identification of cancerous genes and the regulatory pathways they control will provide a better platform for understanding the tumor formation and development. The major focus of this thesis is to understand the regulation of genes responsible for the development of cancer, particularly colorectal cancer by analyzing the microarray expression data. In this thesis, four computational algorithms namely fuzzy logic algorithm, modified genetic algorithm, dynamic neural fuzzy network and Takagi Sugeno Kang-type recurrent neural fuzzy network are used to extract cancer specific gene regulatory network from plasma RNA dataset of colorectal cancer patients. Plasma RNA is highly attractive for cancer analysis since it requires a collection of small amount of blood and it can be obtained at any time in repetitive fashion allowing the analysis of disease progression and treatment response.

Prebiotics and bowel cancer

Bowel cancer is a growing malignancy, with more than a million annual cases reported worldwide. It has been suggested that there is microbial involvement in onset of the disease and that an altered composition has previously been observed in those suffering from the malignancy, compared to healthy counterparts. The use of prebiotic functional foods to modify the colonic microflora may provide a method of reducing genotoxic potential within the colon, whilst offering-Protective strategies in the form of metabolites such as butyrate. The following review highlights some of the studies that demonstrate the potentia role for prebiotics as protective factors against bowel cancer.

The role of the gastrointestinal microbiota in colorectal cancer

Both environmental and genetic factors contribute to cancers of the gastrointestinal tract including, the stomach, colon and rectum. The mechanisms associated with gastrointestinal cancer causation and prevention are largely unknown and the subject of much research. Many of the proposed mechanisms implicate the metabolic activities of the bacterial biota normally resident in the gastrointestinal tract. This review examines both the adverse and beneficial consequences of bacterial activity of the gastrointestinal tract focusing, in particularly on the stomach and large intestine. Studies on the role of the bacterial biota in colon carcinogenesis have also resulted in several useful biomarkers for use in human.

Gut fermentation products of insulin-derived prebiotics beneficially modulate markers of tumour progression in human colon tumour cells

Insulin is a prebiotic food ingredient, which suppresses colon tumour growth and development in rats. In the gut lumen, it is fermented to lactic acid and short chain fatty acids (SCFA). Of these, butyrate has suppressing agent activities, but little is known concerning cellular responses to complex fermentation samples. To investigate the effects of fermentation products of insulin on cellular responses related to colon carcinogenesis. Fermentations were performed in anaerobic batch cultures or in a three-stage fermentation model that simulates conditions in colon-segments (proximal, transverse, distal). Substrate was insulin enriched with oligofructose (Raftilose® Synergy1), fermented with probiotics (Bifidobacterium lactis Bb12, Lactobacillus rhamnosus GG), and/or faecal inocula. HT29 or CaCo-2 cells were incubated with supernatants of the fermented samples (2.5%-25% v/v, 24-72 hours). Cellular parameters of survival, differentiation, tumour progression, and invasive growth were determined. Fermentation supernatants derived from probiotics and Synergy1 were more effective than with glucose. The additional fermentation with faecal slurries produced supernatants with lower toxicity, higher SCFA contents, and distinct cellular functions. The supernatant derived from the gut model vessel representing the distal colon, was most effective for all parameters, probably on account of higher butyrate-concentrations. Biological effects of insulin upon colon cells may be mediated not only by growth stimulation of the lactic acid-producing bacteria and/or production of butyrate, but also by other bacteria and products of the gut lumen. These newly reported properties of the supernatants to inhibit growth and metastases in colon tumour cells are important mechanisms of tumour suppression.

Fermentation of resistant starches: influence of in vitro models on colon carcinogenesis

Resistant starch type 2 (RS2) and type 3 (RS3) containing preparations were digested using a batch (a) and a dynamic in vitro model (b). Furthermore, in vivo obtained indigestible fractions from ileostomy patients were used (c). Subsequently these samples were fermented with human feces with a batch and a dynamic in vitro method. The fermentation supernatants were used to treat CAC02 cells. Cytotoxicity, anti-genotoxicity against hydrogen peroxide (comet assay) and the effect on barrier function measured by trans-epithelial electrical resistance were determine. Dynamically fermented samples led to high cytotoxic activity, probably due to additional compounds added during in vitro fermentation. As a consequence only batch fermented samples were investigated further. Batch fermentation of RS resulted in an anti-genotoxic activity ranging from 9-30% decrease in DNA damage for all the samples, except for RS2-b. It is assumed that the changes in RS2 structures due to dynamic digestion resulted in a different fermentation profile not leading to any anti-genotoxic effect. Additionally, in vitro batch fermentation of RS caused an improvement in integrity across the intestinal barrier by approximately 22% for all the samples. We have demonstrated that batch in vitro fermentation of RS2 and RS3 preparations differently pre-digested are capable of inhibiting the initiation and promotion stage in colon carcinogenesis in vitro.

N-nitroso compound exposure-associated transcriptomic profiles are indicative of an increased risk for colorectal cancer

Endogenous formation of N-nitroso compounds (NOCs), which are known animal carcinogens, could contribute to human carcinogenesis but definitive evidence is still lacking. To investigate the relevance of NOCs in human colorectal cancer (CRC) development, we analyzed whole genome gene expression modifications in human colon biopsies in relation to fecal NOC exposure. We had a particular interest in patients suffering from intestinal inflammation as this may stimulate endogenous NOC formation, and consequently predispose to CRC risk. Inflammatory bowel disease (IBD) patients diagnosed with ulcerative colitis and irritable bowel syndrome patients without inflammation, serving as controls, were therefore recruited. Fecal NOC were demonstrated in the majority of subjects. By associating gene expression levels of all subjects to fecal NOC levels, we identified a NOC exposure-associated transcriptomic response that suggests that physiological NOC concentrations may potentially induce genotoxic responses and chromatin modifications in human colon tissue, both of which are linked to carcinogenicity. In a network analysis, chromatin modifications were linked to 11 significantly modulated histone genes, pointing towards a possible epigenetic mechanism that may be relevant in comprehending NOC-induced carcinogenesis. In addition, pro-inflammatory transcriptomic modifications were identified in visually non-inflamed regions of the IBD colon. However, fecal NOC levels were slightly but not significantly increased in IBD patients, suggesting that inflammation did not strongly stimulate NOC formation. We conclude that NOC exposure is associated with gene expression modifications in the human colon that may suggest a potential role of these compounds in CRC development.

Antigenotoxic effect of kefir and ayran supernatants on fecal water-induced DNA damage in human colon cells

Fermented dairy products and their component bacteria have been shown to possess health-promoting functions in consumers and recently have been suggested to reduce the risk of colorectal cancer. Kefir and ayran are two popular fermented milk drinks that have their origins in the Caucasus region of Russia. The present study aimed to evaluate their potential anticancer properties in colon cells in vitro. The comet assay and transepithelial resistance assay were used to assess the effect of kefir and ayran supernatants on genotoxicity of fecal water samples and on intestinal tight junction integrity. Their antioxidant capacity was measured by trolox equivalent antioxidant capacity assay and compared with that of unfermented milk. The results showed that DNA damage induced by 2 of 4 fecal water samples was significantly decreased by kefir and ayran supernatants and with ayran the effect was dose-dependent. However no effect on intestinal tight junctions was observed. The supernatants of kefir and ayran contained high amounts of acetic and lactic acid but only a very small quantity of caproic and butyric acid, and they showed significantly greater antioxidant capacity than milk. These findings suggest kefir and ayran can reduce DNA damage, which might be due to their antioxidant capacities.