Regrow or repair: Potential regenerative therapies for the kidney

Regenerative medicine is being heralded in a similar way as gene therapy was some 15 yr ago. it is an area of intense excitement and potential, as well as myth and disinformation. However, with the increasing rate of end-stage renal failure and limited alternatives for its treatment, we must begin to investigate seriously potential regenerative approaches for the kidney. This review defines which regenerative options there might be for renal disease, summarizes the progress that has been made to date, and investigates some of the unique obstacles to such treatments that the kidney presents. The options discussed include in situ organ repair via bone marrow recruitment or dedifferentiation; ex vivo stem cell therapies, including both autologous and nonautologous options; and bioengineering approaches for the creation of a replacement organ.

Expression of the human cachexia-associated protein (HCAP) in prostate cancer and in a prostate cancer animal model of cachexia

Prostate cancer (CaP) patients with disseminated disease often suffer from severe cachexia, which contributes to mortality in advanced cancer. Human cachexia-associated protein (HCAP) was recently identified from a breast cancer library based on the available 20-amino acid sequence of proteolysis-inducing factor (PIF), which is a highly active cachectic factor isolated from mouse colon adenocarcinoma MAC16. Herein, we investigated the expression of HCAP in CaP and its potential involvement in CaP-associated cachexia. HCAP mRNA was detected in CaP cell lines, in primary CaP tissues and in its osseous metastases. In situ hybridization showed HCAP mRNA to be localized only in the epithelial cells in CaP tissues, in the metastatic foci in bone, liver and lymph node, but not in the stromal cells or in normal prostate tissues. HCAP protein was detected in 9 of 14 CaP metastases but not in normal prostate tissues from cadaveric donors or patients with organ-confined tumors. Our Western blot analysis revealed that HCAP was present in 9 of 19 urine specimens from cachectic CaP patients but not in 19 urine samples of noncachectic patients. HCAP mRNA and protein were also detected in LuCaP 35 and PC-3M xenografts from our cachectic animal models. Our results demonstrated that human CaP cells express HCAP and the expression of HCAP is associated with the progression of CaP and the development of CaP cachexia. © 2003 Wiley-Liss, Inc.

Avaliação imuno-histoquímica das proteínas BMP-4, FGF-8 e Sindecan-1 em tumores odontogênicos

The development and progression of odontogenic tumors have been associated with an imbalance in the activity of growth factors, adhesion molecules, extracellular matrix proteins and their degradation enzymes, angiogenic factors and osteolytic. Some studies have shown that interaction relationships inductive epithelial / mesenchymal determinants of Odontogenesis are mimicked by these tumors. The objective of this research was to investigate the immunolocalization of growth factors (BMP-4 and FGF-8) and Sindecan-1 structural protein in a series of odontogenic tumors presenting different biological behaviors, to contribute to a better understanding of the role of these proteins in tumor development. The sample consisted of 21 of the solid ameloblastoma, odontogenic keratocysts 19 and 14 odontogenic adenomatoid tumors. Increased Sindecan-1 immunostaining was seen in the epithelium of the lesions when compared with mesenchyme. In ameloblastoma and odontogenic keratocysts, this expression was higher than in AOT. Epithelial expression of BMP4 showed quantitatively similar in the three studied lesions; however, when anlisada mesenchymal immunoreactivity, was detected significant higher expression when compared to the ameloblastoma keratocysts. In ameloblastoma, mesenchymal expression was predominantly (p = 0.008), while in keratocyst higher expression in the epithelium was observed (p = 0.046). In all injuries, strong or moderate correlation was observed in the BMP-4 immunoreactivity in the epithelium and mesenchyme. FGF-8, no injury was observed difference between the immunoreactivity in the epithelium or mesenchyme, however in ameloblastoma positive correlation was found (Spearman correlation, rho = 0.857, p <0.001). The results of this study suggest that the three evaluated biomarkers actively involved in the pathogenesis of lesions, especially the expression of ameloblastomas indicating a strong interaction between parenchymal and stromal cells which may contribute to its marked aggressiveness.

Scaffold-free, Human Mesenchymal Stem Cell-Based Tissue Engineered Blood Vessels.

Tissue-engineered blood vessels (TEBV) can serve as vascular grafts and may also play an important role in the development of organs-on-a-chip. Most TEBV construction involves scaffolding with biomaterials such as collagen gel or electrospun fibrous mesh. Hypothesizing that a scaffold-free TEBV may be advantageous, we constructed a tubular structure (1 mm i.d.) from aligned human mesenchymal cell sheets (hMSC) as the wall and human endothelial progenitor cell (hEPC) coating as the lumen. The burst pressure of the scaffold-free TEBV was above 200 mmHg after three weeks of sequential culture in a rotating wall bioreactor and perfusion at 6.8 dynes/cm(2). The interwoven organization of the cell layers and extensive extracellular matrix (ECM) formation of the hMSC-based TEBV resembled that of native blood vessels. The TEBV exhibited flow-mediated vasodilation, vasoconstriction after exposure to 1 μM phenylephrine and released nitric oxide in a manner similar to that of porcine femoral vein. HL-60 cells attached to the TEBV lumen after TNF-α activation to suggest a functional endothelium. This study demonstrates the potential of a hEPC endothelialized hMSC-based TEBV for drug screening.

ARB: Phase II window of opportunity study of short-term preoperative treatment with enzalutamide in ER-positive and triple-negative breast cancer

The androgen receptor (AR) is expressed in 60-80% of breast cancers (BC) across all molecular phenotypes, with a higher incidence in oestrogen receptor positive (ER+) BC compared to ER negative tumours. In ER+ disease, AR-expression has been linked to endocrine resistance which might be reversed with combined treatment targeting ER and AR. In triple negative BCs (TNBC), preclinical and clinical investigations have described a subset of patients that express the AR and are sensitive to androgen blockade, providing a novel therapeutic target. Enzalutamide, a potent 2nd generation anti-androgen, has demonstrated substantial preclinical and clinical anti-tumour activity in AR+ breast cancer. Short-term preoperative window of opportunity studies are a validated strategy for novel treatments to provide proof-of-concept and define the most appropriate patient population by directly assessing treatment effects in tumour tissue before and after treatment. The ARB study aims to assess the anti-tumour effects of enzalutamide in early ER+ breast cancer and TNBC, to identify the optimal target population for further studies and to directly explore the biologic effects of enzalutamide on BC and stromal cells. Methods: ARB is an international, investigator sponsored WOO phase II study in women with newly diagnosed primary ER+ BC or AR+ TNBC of ≥ 1cm. The study has two cohorts. In the ER+ cohort, postmenopausal patients will be randomised 2:1 to receive either enzalutamide (160mg OD) plus exemestane (50mg OD) or exemestane (25mg OD). In the TNBC cohort, AR+ will receive single agent treatment with enzalutamide (160mg OD). Study treatment is planned for 15–29 days, followed by surgery or neo-adjuvant therapy. Tissue and blood samples are collected before treatment and on the last day of study treatment. The primary endpoint is inhibition of tumour-cell proliferation, as measured by change in Ki67 expression, determined centrally by 2 investigators. Secondary endpoints include induction of apoptosis (Caspase3), circulating hormone levels and safety. ARB aims to recruit ≈235 patients from ≈40 sites in the UK, Germany, Spain and USA. The study is open to recruitment.

Mise en évidence de dysfonctions liées au développement de l'endométriose péritonérale Contributions angio-inflammatoires des cytokines et prostaglandines

L’endométriose est une maladie gynécologique, touchant les femmes en âge de procréer. Cette pathologie est caractérisée par la présence de tissu endométrial ectopique, c’est-à-dire en dehors de la cavité utérine. Des dysfonctions du système immunitaire sont de plus en plus souvent suspectées comme étant un des éléments responsables de la pathogenèse de cette maladie. L’objectif général de ce projet a donc été d’étudier les mécanismes cellulaires de molécules pro-inflammatoires aux propriétés variées et à l’expression anormalement élevée dans cette pathologie, que sont MIF et les prostaglandines PGE2 et PGF2α, dans les anomalies inflammatoires et invasives en cause dans cette pathologie. La première partie de nos travaux a porté sur l’étude d’un modèle murin de l’endométriose déficient du gène MIF. Le nombre et le volume des lésions collectées à partir des souris déficientes pour le gène MIF sont significativement inférieurs à ceux mesurés dans des souris sauvages utilisées comme contrôle. L’analyse par PCR des cellules isolées des lésions de souris déficientes du gène MIF a révélé une expression réprimée des protéines d’adhésion, d’inflammation et d’angiogenèse. Ces données démontrent pour la première fois que le MIF agit directement sur la croissance et la progression de lésions d’endométriose in vivo. Une partie de nos travaux a porté sur les molécules nécessaires au métabolisme de PGE2 et PGF2α dans l’endomètre eutopique des femmes normales et l’endomètre eutopique et ectopique des femmes atteintes d’endométriose. Selon nos données, l’expression de certains de ces facteurs est perturbée durant cette maladie, ce qui peut avoir des effets délétères sur la physiologie de la procréation. La stimulation des cellules ectopiques par PGF2α entraîne une libération accrue de VEGF et CXCL-8, ceci via l’induction de COX-2 et des deux variants d’épissage du récepteur FP. De plus, la PKC joue un rôle dans ce phénomène, dépendamment et indépendamment de la PLC. Par son effet inducteur sur la libération de VEGF et CXCL-8, PGF2α pourrait favoriser l’aspect inflammatoire et le développement ectopique des lésions d’endométriose, notamment par des phénomènes d’angiogenèse et de prolifération cellulaire accrus. L’effet de PGF2α sur la libération de VEGF et CXCL-8 par les cellules endométriales ectopiques pourrait également expliquer les quantités élevées de ces cytokines dans le liquide péritonéal des femmes atteintes d’endométriose, un phénomène suspecté dans l’infertilité et les douleurs associées à cette maladie. Nos derniers résultats obtenus à partir du liquide péritonéal montrent un profil cytokinique en faveur de l’angiogenèse et la prolifération des lésions d’endométriose, avec une forte augmentation des facteurs suivants : EGF, FGF-2, IL-1α, MIP-1β, TGFα, PDGF-AA, PDGF-BB, MCP-3, sCD40L, Gro Pan, IL-17α, MDC et Rantes, confortant nos observations préalables redéfinissant la maladie comme étant d’origine angio-inflammatoire. L’endométriose et ses symptômes sont des phénomènes complexes ayant probablement plus qu’une seule origine. Parmi les nombreux facteurs à l’expression altérée dans l’endométriose, notre étude montre que MIF, PGE2 et PGF2α, ainsi qu’une pléthore de facteurs pro-angiogéniques pourraient être de ceux jouant un rôle dans l’infertilité et les douleurs reliées à cette maladie.

Le cordon ombilical humain, source de cellules pour le génie tissulaire : Isolement, caractérisation et production de substituts humains

Le cordon ombilical humain suscite beaucoup d’intérêt comme source de cellules à des fins de recherche et de thérapie. Quatre types cellulaires majeurs - les cellules épithéliales, stromales, musculaires lisses et endothéliales - composent les tissus solides du cordon ombilical. Quelques-uns de ces types cellulaires ont été utilisés en recherche scientifique depuis longtemps, alors que d’autres commencent à peine à dévoiler leur potentiel. Nous avons développé un protocole unique pour l’extraction séquentielle de tous ces types cellulaires d’un seul cordon ombilical, permettant ainsi la reconstruction à partir d’une même source. La combinaison des techniques de perfusion, immersion et explants a mené à la mise en culture et à l’expansion de ces cellules, dont les cellules épithéliales et les cellules stromales de la gelée de Wharton qui ont été caractérisées plus en détail par l’immunomarquage de protéines spécifiques. Leur potentiel pour la médecine régénératrice a été démontré par la production de tissus par génie tissulaire. Un vaisseau sanguin composé de cellules stromales et de cellules musculaires lisses du cordon ombilical démontra une résistance substantielle à l’éclatement. Les capacités de différenciation des cellules épithéliales ont été étudiées dans le contexte d’une peau bilamellaire reconstruite en combinaison avec des kératinocytes, des fibroblastes dermiques, et des cellules stromales de la gelée de Wharton. Les cellules épithéliales ont montré une différenciation similaire à celle des kératinocytes lorsque cultivées sur des fibroblastes dermiques et exposées à l’air, tandis que sur des cellules stromales du cordon, elles ont subi une désorganisation. Finalement, la différenciation des cellules stromales a été induite en culture vers plusieurs types cellulaires afin de compléter cette étude. L’ensemble des résultats fait ressortir l’importance non seulement de l’influence du milieu physique sur la croissance et la différenciation des cellules, mais également de l’impact de la provenance des cellules sur la qualité des tissus reconstruits.

Evaluation of Adoptive T Cell Therapy and Oncolytic Virotherapy for Treatment of Brain Tumors

Adoptive immunotherapy and oncolytic virotherapy are two promising strategies for treating primary and metastatic malignant brain tumors. We demonstrate the ability of adoptively transferred tumor-specific T cells to rapidly mediate the clearance of established brain tumors in several mouse models. Similar to the clinical situation, tumor recurrences are frequent and result from immune editing of tumors. T cells can eliminate antigen-expressing tumor cells but are not effective against antigen loss variant (ALV) cancer cells that multiply and repopulate a tumor. We show that the level of tumor antigen present affects the success of adoptive T cell therapy. When high levels of antigen are present, tumor stromal cells such as microglia and macrophages present tumor peptide on their surface. As a result, T cells directly eliminate cancer cells and cross-presenting stromal cells and indirectly eliminate ALV cells. We were able to show the first direct evidence of tumor antigen cross-presentation by CD11b+ stromal cells in the brain using soluble, high-affinity T cell receptor monomers. Strategies that target brain tumor stroma or increase antigen shedding from tumor cells leading to increased crosspresentation by stromal cells may improve the clinical success of T cell adoptive therapies. We evaluated one potential strategy to complement adoptive T cell therapy by characterizing the oncolytic effects of myxoma virus (MYXV) in a syngeneic mouse brain tumor model of metastatic melanoma. MYXV is a rabbit poxvirus with strict species tropism for European rabbits. MYXV can also infect mouse and human cancer cell lines due to signaling defects in innate antiviral mechanisms and hyperphosphorylation of Akt. MYXV kills B16.SIY melanoma cells in vitro, and intratumoral injection of virus leads to robust, selective and transient infection of the tumor. We observed that virus treatment recruits innate immune cells iii to the tumor, induces TNFα and IFNβ production in the brain, and results in limited oncolytic effects in vivo. To overcome this, we evaluated the safety and efficacy of co-administering 2C T cells, MYXV, and neutralizing antibodies against IFNβ. Mice that received the triple combination therapy survived significantly longer with no apparent side effects, but eventually relapsed. Based on these findings, methods to enhance viral replication in the tumor and limit immune clearance of the virus will be pursued. We conclude that myxoma virus should be further explored as a vector for transient delivery of therapeutic genes to a tumor to enhance T cell responses.

Adenocarcinoma pleomórfico de células giganates de vías biliares(osteoclastoma like)

Las células gigante tipo osteoclásticas (CGTO) del páncreas son una entidad poco frecuente descrito originalmente por Rosaien 1968, caracterizado por osteoclastos, que son células gigantes mononucleares idénticas a las células del estroma observadas en tumores óseos. Desde entonces, hay pocos informes de los tumores que contienen células gigantes en otras localizaciones anatómicas. Las CGTO se pueden distinguir de las células gigantes tipo pleomórficas (CGTP), debido a la falta de un marcado pleomorfismo nuclear asociado. A menudo, un carcinoma de páncreas histológicamente reconocibles acompaña CGTO, dando lugar a un mal resultado. Formas puras de CGTO presentan un mejor pronóstico porque se necesita mucho tiempo para desarrollar metástasis, pero esta forma es muy raros, con pocos casos reportados en la literatura Inglésa. La mayoría de veces se discute el diagnóstico de benignidad de estos tumores basados en la evaluación de inmunohistoquímica. El presente caso se trata de una paciente de sexo femenino de 56 años de edad con cuadro caracterizado por dolor tipo cólico que mejora con antiespasmódicos, de varios meses de evolución, con periodos de remisión y exacerbación. A examen físico presenta: en piel y mucosas ligero tinte subictérico, a nivel abdominal: abdomen doloroso de forma difusa sin viseromegalias o masas palpables

Rôle de la qualité des tapis de cellules endométriales en co-culture autologue sur le développement embryonnaire

Introduction : La fécondation in vitro est de mieux en mieux connue et en amélioration constante, cependant les taux d’implantation et de grossesse sont encore bas (environ 35% par fécondation in vitro). Un des enjeux de l’amélioration de la fécondation in vitro est le développement embryonnaire et l’implantation. Pour cela, la co-culture des embryons sur un tapis de cellules endométriales maternelles autologues peut être utilisée pour améliorer le développement embryonnaire (taux d’embryon se développant jusqu’à J5 : blastocyste) et l’implantation. L’objectif de l’étude est d’étudier le lien entre la qualité du tapis cellulaire et le développement embryonnaire. Matériel et méthodes : Cette étude est une sous analyse de l’essai clinique randomisé en double aveugle OvoGen, comparant le taux de blastulation et de grossesse dans deux groupes randomisés : le groupe étude, dans lequel les embryons se développent sur un tapis cellulaire endométrial maternel et le groupe contrôle, dans lequel les embryons sont cultivés dans du milieu conventionnel. Nous avons analysé la qualité des tapis cellulaire du groupe étude (confluence des cellules, taux de cellules épithéliales et vitalité des cellules stromales) par rapport au développement embryonnaire et au taux de grossesse. Résultats : 50 tapis de cellules endométriales maternelles et 291 embryons sur les puits ont été analysés de 2012 à 2015 à la clinique ovo (Montréal, Québec). La qualité des embryons n’était pas changée par la qualité des tapis (p=0,65 pour la confluence, p=0,25 pour le taux de glande et p=0,92 pour la viabilité des cellules). En revanche, le taux de grossesse augmentait quand la confluence diminuait (p=0,022) et lorsque la viabilité des cellules stromales augmentait (p=0,001). De plus, la qualité des tapis était dépendante de la date de la biopsie : la biopsie faite à J7 après l’ovulation permettait une meilleure qualité de puits (confluence augmentée, p=0,045, taux de glande augmenté p=0,004 et viabilité stromales augmentée p=0,001) que la biopsie faite à J5 post ovulation. Discussion : Aucune des nombreuses études sur la co-culture ne porte sur la qualité des tapis cellulaire. Il est intéressant de noter que le taux de grossesse augmente avec la diminution de la confluence et l’augmentation de la viabilité des cellules stromales dans les puits contenant les embryons transférés. Comme il a déjà été démontré, (1)le jour de la biopsie endométriale influe sur la qualité du tapis cellulaire en coculture et pour que celui-ci soit de bonne qualité, il faut que l’endomètre soit réceptif (après J19 du cycle). Conclusion : Nous avons montré que la qualité des tapis cellulaires dépendait du jour de la biopsie d’endomètre et que cette qualité pouvait influencer le bénéfice de la co-culture. Il serait intéressant d’étudier la réceptivité de l’endomètre au moment de la biopsie avant utilisation des cellules en co-culture pour optimiser la qualité du tapis cellulaire.

Rôle de la qualité des tapis de cellules endométriales en co-culture autologue sur le développement embryonnaire

Introduction : La fécondation in vitro est de mieux en mieux connue et en amélioration constante, cependant les taux d’implantation et de grossesse sont encore bas (environ 35% par fécondation in vitro). Un des enjeux de l’amélioration de la fécondation in vitro est le développement embryonnaire et l’implantation. Pour cela, la co-culture des embryons sur un tapis de cellules endométriales maternelles autologues peut être utilisée pour améliorer le développement embryonnaire (taux d’embryon se développant jusqu’à J5 : blastocyste) et l’implantation. L’objectif de l’étude est d’étudier le lien entre la qualité du tapis cellulaire et le développement embryonnaire. Matériel et méthodes : Cette étude est une sous analyse de l’essai clinique randomisé en double aveugle OvoGen, comparant le taux de blastulation et de grossesse dans deux groupes randomisés : le groupe étude, dans lequel les embryons se développent sur un tapis cellulaire endométrial maternel et le groupe contrôle, dans lequel les embryons sont cultivés dans du milieu conventionnel. Nous avons analysé la qualité des tapis cellulaire du groupe étude (confluence des cellules, taux de cellules épithéliales et vitalité des cellules stromales) par rapport au développement embryonnaire et au taux de grossesse. Résultats : 50 tapis de cellules endométriales maternelles et 291 embryons sur les puits ont été analysés de 2012 à 2015 à la clinique ovo (Montréal, Québec). La qualité des embryons n’était pas changée par la qualité des tapis (p=0,65 pour la confluence, p=0,25 pour le taux de glande et p=0,92 pour la viabilité des cellules). En revanche, le taux de grossesse augmentait quand la confluence diminuait (p=0,022) et lorsque la viabilité des cellules stromales augmentait (p=0,001). De plus, la qualité des tapis était dépendante de la date de la biopsie : la biopsie faite à J7 après l’ovulation permettait une meilleure qualité de puits (confluence augmentée, p=0,045, taux de glande augmenté p=0,004 et viabilité stromales augmentée p=0,001) que la biopsie faite à J5 post ovulation. Discussion : Aucune des nombreuses études sur la co-culture ne porte sur la qualité des tapis cellulaire. Il est intéressant de noter que le taux de grossesse augmente avec la diminution de la confluence et l’augmentation de la viabilité des cellules stromales dans les puits contenant les embryons transférés. Comme il a déjà été démontré, (1)le jour de la biopsie endométriale influe sur la qualité du tapis cellulaire en coculture et pour que celui-ci soit de bonne qualité, il faut que l’endomètre soit réceptif (après J19 du cycle). Conclusion : Nous avons montré que la qualité des tapis cellulaires dépendait du jour de la biopsie d’endomètre et que cette qualité pouvait influencer le bénéfice de la co-culture. Il serait intéressant d’étudier la réceptivité de l’endomètre au moment de la biopsie avant utilisation des cellules en co-culture pour optimiser la qualité du tapis cellulaire.

Rôle du gène de fusion MLL-ENL dans le développement et le maintien du phénotype leucémique

Les translocations chromosomiques du gène MLL sont connues pour mener au développement de leucémies aiguës. La translocation avec un de ses partenaires de fusion les plus communs, ENL, peut engendrer des leucémies aiguës de plusieurs types différents pour cette même translocation. Une fois la leucémogenèse initiée par la fusion MLL-ENL, son rôle quant au maintien du phénotype leucémique n’est pas encore bien connu à ce jour. Pour mieux comprendre l’importance de MLL-ENL après la leucémogenèse, des cellules souches/progénitrices de sang de cordon ombilical humain purifiées ont ainsi été transduites par un virus exprimant le gène de fusion MLL-ENL bordé par des sites LoxP ainsi que le marqueur eGFP. Ces cellules infectées ont ensuite été injectées dans notre modèle de souris immunodéficientes irradiées et placées sous observation pendant 24 semaines pour voir le développement de leucémies aiguës. Elles ont alors été sacrifiées et les cellules la moelle osseuse et de la rate ont ensuite été analysées par cytométrie en flux pour déterminer si la xénogreffe a engendré une leucémie dans notre modèle ainsi que le phénotype de celle-ci. Les souris injectées par les cellules infectées par le MLL-ENL ont généré uniquement des leucémies lymphoïdes aiguës de type B. Les cellules de ces leucémies primaires isolées ont été par la suite infectées par un lentivirus exprimant la cre-recombinase et le marqueur BFP afin d’exciser le gène MLL-ENL des cellules leucémiques grâce aux sites LoxP. Les cellules ont ensuite été triées pour le marqueur BFP et injectées dans des souris secondaires pour de voir si les cellules leucémiques souches pouvaient toujours régénérer la leucémie. Les conséquences de l’absence de MLL-ENL dans le maintien du phénotype leucémique n’ont cependant pas pu être vérifiées à cause d’une erreur dans la séquence de la cre-recombinase, mais nous avons observé la régénération des leucémies secondaires.

Lymphotoxin-beta receptor and RANK signaling in TEL-JAK2-induced T-cell leukemia

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

The role of cancer related inflammation, Src family kinases and matrix metalloproteinase 9 in colorectal cancer

Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer in the UK with 41,000 new cases diagnosed in 2011. Despite undergoing potentially curative resection, a significant amount of patients develop recurrence. Biomarkers that aid prognostication or identify patients who are suitable for adjuvant treatments are needed. The TNM staging system does a reasonably good job at offering prognostic information to the treating clinician, but it could be better and identifying methods of improving its accuracy are needed. Tumour progression is based on a complex relationship between tumour behaviour and the hosts’ inflammatory responses. Sustained tumour cell proliferation, evading growth suppressors, resisting apoptosis, replicative immortality, sustained angiogenesis, invasion & metastasis, avoiding immune destruction, deregulated cellular energetics, tumour promoting inflammation and genomic instability & mutation have been identified as hallmarks. These hallmarks are malignant behaviors are what makes the cell cancerous and the more extreme the behaviour the more aggressive the cancer the more likely the risk of a poor outcome. There are two primary genomic instability pathways: Microsatellite Instability (MSI) and Chromosomal Instability (CI) also referred to as Microsatellite Stability (MSS). Tumours arising by these pathways have a predilection for specific anatomical, histological and molecular biological features. It is possible that aberrant molecular expression of genes/proteins that promote malignant behaviors may also act as prognostic and predictive biomarkers, which may offer superior prognostic information to classical prognostic features. Cancer related inflammation has been described as a 7th hallmark of cancer. Despite the systemic inflammatory response (SIR) being associated with more aggressive malignant disease, infiltration by immune cells, particularly CD8+ lymphocytes, at the advancing edge of the tumour have been associated with improved outcome and tumour MSI. It remains unknown if the SIR is associated with tumour MSI and this requires further study. The mechanisms by which colorectal cancer cells locally invade through the bowel remain uncertain, but connective tissue degradation by matrix metalloproteinases (MMPs) such as MMP-9 have been implicated. MMP-9 has been found in the cancer cells, stromal cells and patient circulation. Although tumoural MMP-9 has been associated with poor survival, reports are conflicting and contain relatively small sample sizes. Furthermore, the influence of high serum MMP-9 on survival remains unknown. Src family kinases (SFKs) have been implicated in many adverse cancer cell behaviors. SFKs comprise 9 family members BLK, C-SRC, FGR, FYN, HCK, LCK, LYN, YES, YRK. C-SRC has been the most investigated of all SFKs, but the role of other SFKs in cellular behaviors and their prognostic value remains largely unknown. The development of Src inhibitors, such as Dasatinib, has identified SFKs as a potential therapeutic target for patients at higher risk of poor survival. Unfortunately, clinical trials so far have not been promising but this may reflect inadequate patient selection and SFKs may act as useful prognostic and predictive biomarkers. In chapter 3, the association between cancer related inflammation, tumour MSI, clinicopathological factors and survival was tested in two independent cohorts. A training cohort consisting of n=182 patients and a validation cohort of n=677 patients. MSI tumours were associated with a raised CRP (p=0.003). Hypoalbuminaemia was independently associated with poor overall survival in TNM stage II cancer (HR 3.04 (95% CI 1.44 – 6.43);p=0.004), poor recurrence free survival in TNM stage III cancer (HR 1.86 (95% 1.03 – 3.36);p=0.040) and poor overall survival in CI colorectal cancer (HR 1.49 (95% CI 1.06 – 2.10);p=0.022). Interestingly, MSI tumours were associated with poor overall survival in TNM stage III cancer (HR 2.20 (95% CI 1.10 – 4.37);p=0.025). In chapter 4, the role of MMP-9 in colorectal cancer progression and survival was examined. MMP-9 in the tissue was assessed using IHC and serum expression quantified using ELISA. Serum MMP-9 was associated with cancer cell expression (Spearman’s Correlation Coefficient (SCC) 0.393, p<0.001)) and stromal expression (SCC 0.319, p=0.002). Serum MMP-9 was associated with poor recurrence-free (HR 3.37 (95% CI 1.20 – 9.48);p=0.021) and overall survival (HR 3.16 (95% CI 1.22 – 8.15);p=0.018), but tumour MMP-9 was not survival or MSI status. In chapter 5, the role of SFK expression and activation in colorectal cancer progression and survival was studied. On PCR analysis, although LYN, C-SRC and YES were the most highly expressed, FGR and HCK had higher expression profiles as tumours progressed. Using IHC, raised cytoplasmic FAK (tyr 861) was independently associated with poor recurrence free survival in all cancers (HR 1.48 (95% CI 1.02 – 2.16);p=0.040) and CI cancers (HR 1.50 (95% CI 1.02 – 2.21);p=0.040). However, raised cytoplasmic HCK (HR 2.04 (95% CI 1.11 – 3.76);p=0.022) was independently associated with poor recurrence-free survival in TNM stage II cancers. T84 and HT29 cell lines were used to examine the cellular effects of Dasatinib. Cell viability was assessed using WST-1 assay and apoptosis assessed using an ELISA cell death detection assay. Dasatinib increased T84 tumour cell apoptosis in a dose dependent manner and resulted in reduced expression of nuclear (p=0.008) and cytoplasmic (p=0.016) FAK (tyr 861) expression and increased nuclear FGR expression (p=0.004). The results of this thesis confirm that colorectal cancer is a complex disease that represents several subtypes of cancer based on molecular biological behaviors. This thesis concentrated on features of the disease related to inflammation in terms of genetic and molecular characterisation. MSI cancers are closely associated with systemic inflammation but despite this observation, they retain their relatively improved survival. MMP-9 is a feature of tissue remodeling during inflammation and is also associated with degradation of connective tissue, advanced T-stage and poor outcome when measured in the serum. The lack of stromal quantification due to TMA use rather than full sections makes the value of tumoural MMP-9 immunoreactivity in the prognostication and its association with MSI unknown and requires further study. Finally, SFK activation was also associated with SIR, however, only cytoplasmic HCK was independently associated with poor survival in patients with TNM stage II disease, the group of patients where identifying a novel biomarker is most needed. There is still some way to go before these biomarkers are translated into clinical practice and future work needs to focus on obtaining a reliable and robust scientific technique with validation in an adequately powered independent cohort.

Addressing tumor heterogeneity in esophageal adenocarcinoma through different molecular approaches

Several studies have shown epidemiologic, clinical, immune-histochemical and molecular differences among esophageal adenocarcinomas (EAC). Since pathogenesis and biology of this tumor are far to be well defined, our study aimed to examine intra- and inter-tumor heterogeneity and to solve crucial controversies through different molecular approaches. Target sequencing was performed for sorted cancer subpopulations from formalin embedded material obtained from 38 EACs, not treated with neoadjuvant therapy. 35 out 38 cases carried at least one somatic mutation, not present in the corresponding sorted stromal cells. 73.7% of cases carried mutations in TP53 and 10.5% in CDKN2A. Mutations in other genes occurred at lower frequency, including HNF1A, not previously associated with EAC. Sorting allowed us to isolate clones with different mutational loads and/or additional copy number amplifications, confirming the high intra-tumor heterogeneity of these cancers. In our cohort TP53 gene abnormalities correlated with a better survival (P = 0.028); conversely, loss of SMAD4 protein expression was associated with a higher recurrence rate (P = 0.015). Shifting the focus on the epigenetic characterization of EAC, miR-221 and miR-483-3p resulted upregulated from the MicroRNA Array card analysis and confirmed with further testing. The up-regulation of both miRNAs correlated with clinical outcomes, in particular with a reduced cancer-specific survival (miR483-3p P=0.0293; miR221 P=0.0059). In vitro analyses demonstrated an increase for miR-483-3p (fold-change=2.7) that appear to be inversely correlated with SMAD4 expression in FLO-1 cell-line. In conclusion, selective sorting allowed to define the real mutation status and to isolate different cancer subclones. MiRNA expression analysis revealed a significant up-regulation of miR-221 and miR-483-3p, which correlated with worst prognosis, implying that they can be considered oncogenic factors in EAC. Therefore, cell sorting technologies, coupled with next generation sequencing, and the analysis of microRNA profiles seem to be promising strategies to guide treatment and help classify cancer prognosis.