Cultivation and identification of colon cancer stem cell-derived spheres from the Colo205 cell line

Our group established a method to culture spheres under serum-free culture condition. However, the biological characteristics and the tumorigenicity of spheres are unknown. Here, we demonstrate that sphere cells expressed high levels of the putative colorectal cancer stem cell markers CD133 and CD44. The CD133-positive rates were 13.27 ± 5.62, 52.71 ± 16.97 and 16.47 ± 2.45% in sphere cells, regular Colo205 cells and differentiated sphere cells, respectively, while the CD44-positive rates were 62.92 ± 8.38, 79.06 ± 12.10 and 47.80 ± 2.5%, respectively, and the CD133/CD44-double-positive rates were 10.77 ± 4.96, 46.89 ± 19.17 and 12.41 ± 2.27%, respectively (P < 0.05). Cancer sphere cells formed crypt-like structures in 3-D culture. Moreover, cells from cancer spheres exhibited more tumorigenicity than regular Colo205 cells in a xenograft assay. The cancer sphere cells displayed much higher oncogenicity than regular Colo205 cells to initiate neoplasms, as assayed by H&E staining, Musashi-1 staining and electron microscopy. Our findings indicated that the sphere cells were enriched with cancer stem cells (CSCs), and exhibited more proliferation capacity, more differentiation potential and especially more tumorigenicity than regular Colo205 cells in vitro and in vivo. Further isolation and characterization of these CSCs may provide new insights for novel therapeutic targets and prognostic markers.

Leptin receptor (Ob-R) mRNA expression and serum leptin concentration in patients with colorectal and metastatic colorectal cancer

The objective of the present study was to investigate the effect of leptin on the progression of colorectal carcinoma to metastatic disease by analyzing the serum leptin concentration and Ob-R gene expression in colon cancer tissues. Tissue samples were obtained from 31 patients who underwent surgical resection for colon (18 cases) and metastatic colon (13 cases) cancer. Serum leptin concentration was determined by an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and Ob-R mRNA expression by real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) for both groups. ELISA data were analyzed by the Student t-test and RT-PCR data were analyzed by the Mann-Whitney U-test. RT-PCR results demonstrated that mRNA expression of Ob-R in human metastatic colorectal cancer was higher than in local colorectal cancer tissues. On the other hand, mean serum leptin concentration was significantly higher in local colorectal cancer patients compared to patients with metastatic colorectal cancer. The results of the present study suggest a role for leptin in the progression of colon cancer to metastatic disease without weight loss. In other words, significantly increased Ob-R mRNA expression and decreased serum leptin concentration in patients with metastatic colon cancer indicate that sensitization to leptin activity may be a major indicator of metastasis to the colon tissue and the determination of leptin concentration and leptin gene expression may be used to aid the diagnosis.

Spectrum of K ras mutations in Pakistani colorectal cancer patients

The incidence of colorectal cancer (CRC) is increasing daily worldwide. Although different aspects of CRC have been studied in other parts of the world, relatively little or almost no information is available in Pakistan about different aspects of this disease at the molecular level. The present study was aimed at determining the frequency and prevalence of K ras gene mutations in Pakistani CRC patients. Tissue and blood samples of 150 CRC patients (64% male and 36% female) were used for PCR amplification of K ras and detection of mutations by denaturing gradient gel electrophoresis, restriction fragment length polymorphism analysis, and nucleotide sequencing. The K ras mutation frequency was found to be 13%, and the most prevalent mutations were found at codons 12 and 13. A novel mutation was also found at codon 31. The dominant mutation observed was a G to A transition. Female patients were more susceptible to K ras mutations, and these mutations were predominant in patients with a nonmetastatic stage of CRC. No significant differences in the prevalence of K ras mutations were observed for patient age, gender, or tumor type. It can be inferred from this study that Pakistani CRC patients have a lower frequency of K ras mutations compared to those observed in other parts of the world, and that K ras mutations seemed to be significantly associated with female patients.

Scaling analysis of small break experiments in PACTEL

The purpose of this thesis is to study the scalability of small break LOCA experiments. The study is performed on the experimental data, as well as on the results of thermal hydraulic computation performed on TRACE code. The SBLOCA experiments were performed on PACTEL facility situated at LUT. The temporal scaling of the results was done by relating the total coolant mass in the system with the initial break mass flow and using the quotient to scale the experiment time. The results showed many similarities in the behaviour of pressure and break mass flow between the experiments.

Optimal and Robust Designs of Step-stress Accelerated Life Testing Experiments for Proportional Hazards Models

Accelerated life testing (ALT) is widely used to obtain reliability information about a product within a limited time frame. The Cox s proportional hazards (PH) model is often utilized for reliability prediction. My master thesis research focuses on designing accelerated life testing experiments for reliability estimation. We consider multiple step-stress ALT plans with censoring. The optimal stress levels and times of changing the stress levels are investigated. We discuss the optimal designs under three optimality criteria. They are D-, A- and Q-optimal designs. We note that the classical designs are optimal only if the model assumed is correct. Due to the nature of prediction made from ALT experimental data, attained under the stress levels higher than the normal condition, extrapolation is encountered. In such case, the assumed model cannot be tested. Therefore, for possible imprecision in the assumed PH model, the method of construction for robust designs is also explored.

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.

On the external validity of laboratory experiments

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Comparison of epicardial mapping and noncontact endocardial mapping in dog experiments and computer simulations

La fibrillation auriculaire, l'arythmie la plus fréquente en clinique, affecte 2.3 millions de patients en Amérique du Nord. Pour en étudier les mécanismes et les thérapies potentielles, des modèles animaux de fibrillation auriculaire ont été développés. La cartographie électrique épicardique à haute densité est une technique expérimentale bien établie pour suivre in vivo l'activité des oreillettes en réponse à une stimulation électrique, à du remodelage, à des arythmies ou à une modulation du système nerveux autonome. Dans les régions qui ne sont pas accessibles par cartographie épicardique, la cartographie endocardique sans contact réalisée à l'aide d'un cathéter en forme de ballon pourrait apporter une description plus complète de l'activité auriculaire. Dans cette étude, une expérience chez le chien a été conçue et analysée. Une reconstruction électro-anatomique, une cartographie épicardique (103 électrodes), une cartographie endocardique sans contact (2048 électrodes virtuelles calculées à partir un cathéter en forme de ballon avec 64 canaux) et des enregistrements endocardiques avec contact direct ont été réalisés simultanément. Les systèmes d'enregistrement ont été également simulés dans un modèle mathématique d'une oreillette droite de chien. Dans les simulations et les expériences (après la suppression du nœud atrio-ventriculaire), des cartes d'activation ont été calculées pendant le rythme sinusal. La repolarisation a été évaluée en mesurant l'aire sous l'onde T auriculaire (ATa) qui est un marqueur de gradient de repolarisation. Les résultats montrent un coefficient de corrélation épicardique-endocardique de 0.8 (expérience) and 0.96 (simulation) entre les cartes d'activation, et un coefficient de corrélation de 0.57 (expérience) and 0.92 (simulation) entre les valeurs de ATa. La cartographie endocardique sans contact apparait comme un instrument expérimental utile pour extraire de l'information en dehors des régions couvertes par les plaques d'enregistrement épicardique.

La santé orale compromise comme facteur de risque potentiel pour le cancer colorectal sporadique (COLDENT) : une étude de faisabilité

Introduction: Le cancer colorectal (CCR) demeure un véritable fardeau de santé publique au Canada. Malgré les énormes avancés scientifiques, l’étiologie du CCR n’est pas encore clairement définie. La prévention du CCR nécessite l’identification de nouveaux facteurs de risque. Durant ces dernières années, des études épidémiologiques ont rapporté l’association entre la santé buccodentaire et le cancer colorectal. Cependant, aucune étude n’a été conçue spécifiquement pour vérifier cette association. Objectifs : L’objectif principal de l’étude était de tester la faisabilité d’une grande étude épidémiologique ultérieure, conçue pour vérifier l’association entre la santé buccodentaire compromise et le risque de CCR. Les objectifs secondaires étaient de standardiser les procédures de l’étude, d’évaluer le taux de participation et le succès des approches proposées pour le recrutement, d’évaluer la faisabilité et la validité des méthodes de la collecte des données sur la santé buccodentaire et de produire des données préliminaires concernant l’association entre la santé buccodentaire compromise et le risque de CCR. Méthodologie: Il s’agit d’une étude de faisabilité, de devis cas-témoins à base populationnelle. Les participants dans le groupe de cas (n=30) ont été recrutés dans deux hôpitaux de Montréal. Les témoins (n=39) ont été recrutés dans la population générale de Montréal. Les données sur la santé buccodentaire ont été collectées aussi bien par un questionnaire sur la santé buccodentaire que par un examen clinique. Les données sur plusieurs facteurs de risque du CCR ont été collectées par des questionnaires validés. Résultats: L’étude de faisabilité a rencontré un taux de participation de 73% (30) chez les cas et de 32,5% (39) chez les témoins. Seulement 26% (7) des participants dans le groupe des cas et 79% (26) des participants dans le groupe de témoins ont complété l’examen dentaire. La santé buccodentaire compromise était associée au risque de CCR chez les participants plus âgés que 59 ans (OR=8,4 ; IC à 95% : 0,94 – 389,4; p=0,036). Les mesures de santé buccodentaire auto-rapportées par les participants par l’utilisation du questionnaire ont montré une bonne validité par rapport aux mesures de l’examen clinique. Conclusion: L’étude épidémiologique ultérieure est jugée faisable en apportant des modifications. Les résultats préliminaires plaident pour une association possible entre la santé buccodentaire compromise par la maladie parodontale et/ou l’édentement et le risque du CCR.

Modulation allostérique du récepteur FP dans le cancer colorectal

Les prostaglandines modulent d’importants rôles physiologiques. Elles sont aussi impliquées dans le développement d’une variété de conditions pathologiques telles l’inflammation, la douleur et le cancer. La prostaglandine PGF2α et son récepteur (récepteur FP) se trouvent impliqué dans la modulation de nombreuses pathologies tels lors de l’accouchement préterme et le cancer colorectal. Récemment, nous avons fait partie d’un groupe de recherche ayant développé des modulateurs allostériques du récepteur FP. Dans une première étude, l’action du PGF2α sur le déclenchement des contractions myométriales a été évaluée, car peu d’information est connue sur la signalisation de cette prostaglandine lors de l’accouchement. Ainsi, nous avons utilisé un peptidomimétique de la deuxième boucle extracellulaire, dénommée PDC113.824. Nos résultats ont démontré que le PDC113.824 permettait de retarder la mise bas chez des souris gestantes, mais agissait de manière différente sur les multiples voies de signalisation de la PGF2α. Ainsi, le PDC113.824 inhibait la voie RhoA-ROCK, dépendante de l’activation de la protéine Gα12 par le. Les protéines RhoA-ROCK sont des acteurs clés dans le remodelage du cytosquelette d’actine et des contractions myométriales lors de l’accouchement. De plus, le PDC113.824 en présence de PGF2α agit comme un modulateur positif sur la voie dépendante de l’activation de la protéine Gαq. Le PDC113.824 serait donc un modulateur allostérique non compétitif possédant des actions à la fois de modulateurs positifs et négatifs sur la signalisation du récepteur FP Dans une seconde étude, des analogues du PDC113.824 ont été conçus et analysés dans un second modèle pathologique, le cancer colorectal. Ce cancer possède de hauts niveaux de récepteur FP. Nous avons donc étudié le rôle du récepteur FP dans le développement et la progression du cancer colorectal et l’effet de modulateurs allostériques. Il est généralement accepté que dans le cancer colorectal, la prostaglandine PGE2 permet la croissance et l’invasion tumorale, ainsi que l’angiogenèse. Toutefois, peu d’informations sont connues sur le rôle du PGF2α dans le cancer colorectal. C’est dans ce contexte que nous avons décidé d’examiner la contribution de ce récepteur dans la progression du cancer colorectal et cherché à déterminer si la modulation des fonctions du récepteur FP a un impact sur la croissance de tumeurs colorectales. Nos recherches ont révélé que l’activation du récepteur FP permet la migration et la prolifération de plusieurs lignées cellulaires humaines et murines d’adénocarcinomes colorectaux. Dans ce contexte, nos expériences ont démontré que la migration des cellules cancéreuses était dépendante de l’activation de la voie Rho. Nos résultats démontrent qu’en effet, l’activation de RhoA, une petite GTPase clé de la voie Gα12, est inhibée de façon sélective par nos composés. De plus, nos molécules allostériques sont également efficaces pour inhiber la voie de signalisation de la ß-caténine, une protéine impliquée dans la genèse du cancer colorectal. In vivo, le traitement de souris avec un des ces modulateurs a permis une inhibition effective de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent donc que les modulateurs allostériques des récepteurs FP pourraient constituer une nouvelle classe de médicaments utilisés pour le traitement du cancer colorectal.

Association entre les affections buccodentaires et le cancer colorectal : une revue et synthèse de la littérature

Position du problème: La parodontite chronique et l’édentement sont des affections buccodentaires chroniques qui, depuis quelques décennies, sont incriminées dans la survenue de différents types de cancers. Cette revue de littérature avait pour but d’examiner l’association entre le cancer colorectal et ces affections buccodentaires. Résultats: Les études épidémiologiques évaluant une association potentielle entre la parodontite, l’édentement et le cancer colorectal sont peu nombreuses. Cependant, plusieurs mécanismes plaident en faveur de cette association, notamment l’inflammation, la nutrition et possiblement l’infection par certains pathogènes, comme le suggère cette revue de la littérature.