Oriented Tailoring of Plastic Antibodies for Prostate Specific Antigen and Application of the Imprinted Material as Ionophore in Potentiometric Detection

Prostate Specific Antigen (PSA) is the biomarker of choice for screening prostate cancer throughout the population, with PSA values above 10 ng/mL pointing out a high probability of associated cancer1. According to the most recent World Health Organization (WHO) data, prostate cancer is the commonest form of cancer in men in Europe2. Early detection of prostate cancer is thus very important and is currently made by screening PSA in men over 45 years old, combined with other alterations in serum and urine parameters. PSA is a glycoprotein with a molecular mass of approximately 32 kDa consisting of one polypeptide chain, which is produced by the secretory epithelium of human prostate. Currently, the standard methods available for PSA screening are immunoassays like Enzyme-Linked Immunoabsorbent Assay (ELISA). These methods are highly sensitive and specific for the detection of PSA, but they require expensive laboratory facilities and high qualify personal resources. Other highly sensitive and specific methods for the detection of PSA have also become available and are in its majority immunobiosensors1,3-5, relying on antibodies. Less expensive methods producing quicker responses are thus needed, which may be achieved by synthesizing artificial antibodies by means of molecular imprinting techniques. These should also be coupled to simple and low cost devices, such as those of the potentiometric kind, one approach that has been proven successful6. Potentiometric sensors offer the advantage of selectivity and portability for use in point-of-care and have been widely recognized as potential analytical tools in this field. The inherent method is simple, precise, accurate and inexpensive regarding reagent consumption and equipment involved. Thus, this work proposes a new plastic antibody for PSA, designed over the surface of graphene layers extracted from graphite. Charged monomers were used to enable an oriented tailoring of the PSA rebinding sites. Uncharged monomers were used as control. These materials were used as ionophores in conventional solid-contact graphite electrodes. The obtained results showed that the imprinted materials displayed a selective response to PSA. The electrodes with charged monomers showed a more stable and sensitive response, with an average slope of -44.2 mV/decade and a detection limit of 5.8X10-11 mol/L (2 ng/mL). The corresponding non-imprinted sensors showed smaller sensitivity, with average slopes of -24.8 mV/decade. The best sensors were successfully applied to the analysis of serum samples, with percentage recoveries of 106.5% and relatives errors of 6.5%.

Low frequency of human papillomavirus detection in prostate tissue from individuals from Northern Brazil

The presence of human papillomavirus (HPV) was evaluated in 65 samples of prostate tumours and six samples of prostates with benign prostatic hyperplasia from individuals from Northern Brazil. We used a highly sensitive test, the Linear Array HPV Genotyping Test, to detect 37 high and low-risk HPV types. In this study, only 3% of tumour samples showed HPV infection. Our findings support the conclusion that, despite the high incidence of HPV infection in the geographic regions studied, HPV was not associated with a higher risk of prostate cancer. To our knowledge, this is the first study evaluating the frequency of HPV detection in prostatic tissue of individuals from Brazil.

The use of telomerase activity for the detection of prostatic cancer cells after prostatic massage.

PURPOSE: Prostate cancer is the most commonly diagnosed cancer in the United States. The diagnosis or followup of prostate cancer in men older than 50 years is based on digital rectal examination, measurement of the free-to-total prostatic specific antigen ratio and transrectal ultrasound assisted needle biopsy of the prostate. We developed and evaluated a noninvasive method for diagnosing prostate cancer based on the measurement of telomerase activity after prostatic massage in fresh voided urine or after urethral washing. MATERIALS AND METHODS: We obtained 36 specimens of cells after prostatic massage in the fresh voided urine of 16 patients who subsequently underwent radical prostatectomy and after urethral washing in 20 who underwent prostate needle biopsies. Ethylenediaminetetraacetic acid was immediately added to the collected urine or washing to a final concentration of 20 mM. After protein extraction by CHAPS buffer each specimen was tested for telomerase activity in a 2-step modified telomeric repeat amplification protocol assay. The 2 prostate cancer cell lines PC-3 and LNCaP with high telomerase activity were used as a positive control. RESULTS: Telomerase activity was detected in 14 of 24 samples with known prostate cancer (sensitivity 58%). In contrast, no telomerase activity was found in the 12 cases without histological evidence of prostate tumor (specificity 100%). Eight of 9 poorly differentiated cancers expressed telomerase activity (89%), while only 6 of 15 well and moderately differentiated cancers showed telomerase activity (40%). CONCLUSIONS: Our data illustrate that telomerase activity may be detected in voided urine or washing after prostatic massage in patients with prostate cancer. Sensitivity was higher for poorly differentiated tumors. This approach is not currently available for detecting prostate cancer in clinical practice. However, these results are promising and further studies are ongoing.

Low frequency of human papillomavirus detection in prostate tissue from individuals from Northern Brazil

The presence of human papillomavirus (HPV) was evaluated in 65 samples of prostate tumours and six samples of prostates with benign prostatic hyperplasia from individuals from Northern Brazil. We used a highly sensitive test, the Linear Array HPV Genotyping Test, to detect 37 high and low-risk HPV types. In this study, only 3% of tumour samples showed HPV infection. Our findings support the conclusion that, despite the high incidence of HPV infection in the geographic regions studied, HPV was not associated with a higher risk of prostate cancer. To our knowledge, this is the first study evaluating the frequency of HPV detection in prostatic tissue of individuals from Brazil.

Prostate carcinoma: diffusion-weighted imaging as potential alternative to conventional MR and 11C-choline PET/CT for detection of bone metastases

In a technical development study approved by the institutional ethics committee, the feasibility of fast diffusion-weighted imaging as a replacement for conventional magnetic resonance (MR) imaging sequences (short inversion time inversion recovery [STIR] and T1-weighted spin echo [SE]) and positron emission tomography (PET)/computed tomography (CT) in the detection of skeletal metastases from prostate cancer was evaluated. MR imaging and carbon 11 ((11)C) choline PET/CT data from 11 consecutive prostate cancer patients with bone metastases were analyzed. Diffusion-weighted imaging appears to be equal, if not superior, to STIR and T1-weighted SE sequences and equally as effective as (11)C-choline PET/CT in detection of bone metastases in these patients. Diffusion-weighted imaging should be considered for further evaluation and comparisons with PET/CT for comprehensive whole-body staging and restaging in prostate and other cancers.

Proteomic analysis of normal and malignant prostate tissue to identify novel proteins lost in cancer

BACKGROUND. Alterations of important protein pathways, including loss of prostate secretory granules, and disruption of the prostatic secretory pathway have been identified as early events in malignancy. In this study, proteomics was used to map the differences in protein expression between normal and malignant prostate tissues and to identify and analyze differentially expressed proteins in human prostate tissue with particular regard to the proteins lost in malignancy. METHODS. Small quantities of normal and malignant prostate tissue were taken fresh from 34 radical prostatectomy cases. After histological examination, proteins were solubilized from selected tissues and separated using two-dimensional electrophoresis. Using image analysis, the proteome of normal and malignant tissues were mapped and differentially expressed proteins (present in normal and absent in malignant tissue) were identified and subsequently analyzed using peptide mass finger printing and N-terminal sequencing. Western blotting and immunohistochemistry were performed to examine expression profiles and tissue localization of candidate proteins. RESULTS. Comparison of protein maps of normal and malignant prostate were used to identify 20 proteins which were lost in malignant transformation, including prostate specific antigen (PSA), alpha-l antichymotrypsin (ACT), haptoglobin, and lactoylglutathione lyase. Three of the 20 had not previously been reported in human prostate tissue (Ubiquitin-like NEDD8, calponin, and a follistatin-related protein). Western blotting confirmed differences in the expression profiles of NEDD8 and calponin, and immunohistochemistry demonstrated differences in the cellular localization of these two proteins in normal and malignant prostate glands. CONCLUSIONS. The expression of NEDD8, calponin, and the follistatin-related protein in normal prostate tissues is a novel finding and the role of these important functional proteins in normal prostate and their loss or reduced expression in prostate malignancy warrants further investigations. (C) 2002 Wiley-Liss, Inc.

Small cell (neuroendocrine) carcinoma of the prostate: etiology, diagnosis, prognosis, and therapeutic implications--a retrospective study of 30 patients from the rare cancer network.

Within the framework of the Rare Cancer Network Study, we examined 30 patients suffering from small cell neuroendocrine prostate cancer, either in an early/localized or an advanced/metastatic stage. Patients were treated with cisplatin-based chemotherapy, with or without pelvic radiotherapy. Two patients with early disease achieved complete remission for a duration of 19 and 22 months. Three patients with advanced disease achieved complete remission for 6, 7, and 54 months, respectively. Twenty-five patients succumbed to massive local and/or distant failure. No patient presented with brain metastases as the initial site of relapse. Small cell neuroendocrine prostate carcinoma is a very aggressive disease with a poor prognosis, even in its localized form. Despite initial response, the common cisplatin-based chemotherapy plus radiotherapy failed to improve outcome markedly. Improvement will come from understanding the biology of the disease and integrating new targeted therapies into the treatment of this rare and aggressive tumor.

Preparation and management of complications in prostate biopsies

Transrectal ultrasonography-guided biopsy plays a key role in prostate sampling for cancer detection. Among interventional procedures, it is one of the most frequent procedures performed by radiologists. Despite the safety and low morbidity of such procedure, possible complications should be promptly assessed and treated. The standardization of protocols and of preprocedural preparation is aimed at minimizing complications as well as expediting their management. The authors have made a literature review describing the possible complications related to transrectal ultrasonography-guided prostate biopsy, and discuss their management and guidance to reduce the incidence of such complications.

Rôle de GPR40 dans la survie et la prolifération cellulaires induites par l’oléate dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de cancer de la prostate DU145

La relation entre l’obésité et le cancer, bien qu’établie par des études épidémiologiques, est peu connue. Pourtant, environ 25 % des cancers pourraient y être attribuables. Parmi les cancers reliés à l’obésité, les cancers du côlon, du sein chez les femmes ménopausées et de la prostate sont les plus fréquents. Des études sur modèles animaux ont suggéré une association positive entre une diète riche en gras et le développement du cancer mammaire et de la prostate. Nous avons étudié les mécanismes moléculaires par lesquels les acides gras influencent le devenir de lignées de cellules cancéreuses du sein et de la prostate. Ces travaux ont montré que les acides gras insaturés, dont l’oléate, induisent la prolifération cellulaire tandis que les acides gras saturés, dont le palmitate, diminuent la prolifération. Un traitement à l’oléate stimule la formation de gouttelettes lipidiques dans le cytoplasme des cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145 alors qu’un traitement au palmitate entraîne l’apoptose. Le mécanisme d’action de l’oléate sur la prolifération a été étudié de façon plus approfondie. L’utilisation d’inhibiteurs pharmacologiques nous a permis de déterminer que l’effet prolifératif de l’oléate implique la voie PI3K/Akt, la voie ERK1/2 et l’activation d’un ou de plusieurs récepteur(s) couplé(s) aux protéines G (GPCR). L’oléate induit la phosphorylation rapide des protéines Akt et ERK1/2 dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145. Au cours des dernières années, deux GPCRs ont été identifiés comme étant activables par des acides gras à moyennes et à longues chaînes, GPR40 et GPR120. GPR40 étant exprimé dans plusieurs lignées cellulaires de cancer du sein et de la prostate contrairement à l’expression de GPR120 qui était inexistante dans la plupart des lignées, nous avons étudié l’implication de GPR40 dans l’effet prolifératif de l’oléate. Ces deux récepteurs n’étant pas exprimés dans les cellules épithéliales mammaires humaines en culture primaire, ces cellules ne répondent pas aux effets de l’oléate sur la prolifération et l’activation des voies de signalisation. L’activation des voies Akt et ERK1/2 par l’oléate dans les cellules MDA-MB-231 et DU145 est potentialisée par la surexpression du récepteur GPR40 et inhibée par l’utilisation d’un siRNA dirigé contre ce récepteur. Cependant, la prolifération induite par l’oléate ne semble pas affectée par la présence d’un siRNA dirigé contre GPR40. L’oléate étant un acide gras, il est capable d’entrer librement dans les cellules et une partie de ses effets sur la prolifération pourrait être attribuée à sa métabolisation. Un agoniste de GPR40, le GW9508, est en mesure d’activer GPR40 sans toutefois entrer dans les cellules ni activer le métabolisme de l’oléate. Le GW9508 stimule la phosphorylation des protéines Akt et ERK1/2 dans les cellules du cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145, mais il n’est pas en mesure d’induire la prolifération cellulaire comme le fait l’oléate. Ces résultats nous permettent de mieux comprendre le mécanisme d’action de l’oléate sur les cellules de cancer du sein et de la prostate. L’oléate induit la signalisation de GPR40 qui est impliquée dans l’activation rapide des voies de signalisation Akt et ERK1/2. De son côté, l’effet prolifératif induit par l’oléate s’effectue par un mécanisme GPR40-indépendant, possiblement lié au métabolisme de l’oléate.

Implication de la voie alternative NF-kappa B dans le cancer de la prostate

Le cancer de la prostate (CaP) est le plus diagnostiqué chez les hommes au Canada et représente le troisième cancer le plus meurtrier au sein de cette population. Malgré l’efficacité des traitements de première ligne, de nombreux patients finiront par développer une résistance et, le cas échéant, verront leur CaP progresser vers une forme plus agressive. Plusieurs paramètres, essentiellement cliniques, permettent de prédire la progression du CaP mais leur sensibilité, encore limitée, implique la nécessité de nouveaux biomarqueurs afin de combler cette lacune. Dans cette optique nous nous intéressons au facteur de transcription NF-κB. Des études réalisées au laboratoire et ailleurs, associent RelA(p65) à un potentiel clinique dans le CaP, soulignant ainsi l’importance de la voie classique NF-κB. L’implication de la voie alternative NF-κB dans la progression du CaP a aussi été suggérée dans une de nos études illustrant la corrélation entre la distribution nucléaire de RelB et le score de Gleason. Alors que la voie classique est largement documentée et son implication dans la progression du CaP établie, la voie alternative, elle, reste à explorer. La présente thèse vise à clarifier l’implication de la voie alternative NF-κB dans le CaP et répond à deux objectifs fixés dans ce but. Le premier objectif fut d’évaluer l’impact de l'activation de la voie alternative NF-κB sur la biologie des cellules cancéreuses prostatiques. L’étude de la surexpression de RelB a souligné les effets de la voie alternative NF-κB sur la prolifération et l'autophagie. Étant ainsi impliquée tant dans la croissance tumorale que dans un processus de plus en plus associée à la progression tumorale, quoique potentiellement létal pour les cellules cancéreuses, son impact sur la tumorigénèse du CaP reste encore difficile à définir. Il n'existe, à ce jour, aucune étude permettant de comparer le potentiel clinique des voies classique et alternative NF-κB. Le second objectif de ce projet fut donc l'analyse conjointe de RelA(p65) et RelB au sein de mêmes tissus de patients atteints de CaP afin de déterminer l'importance clinique des deux signalisations NF-κB, l'une par rapport à l'autre. Le marquage immunofluorescent de RelA(p65) et RelB en a permis l'analyse quantitative et objective par un logiciel d'imagerie. Nos travaux ont confirmé le potentiel clinique associé à RelA(p65). La variable RelA(p65)/RelB s’est, elle, avérée moins informative que RelA(p65). Par contre, aucune corrélation entre RelB et les paramètres cliniques inclus dans l'étude n’est ressortie. En définitive, mon projet de thèse aura permis de préciser l'implication de la voie alternative NF-κB sur la biologie du CaP. Son impact sur la croissance des cellules cancéreuses prostatiques ainsi que sur l'autophagie, dénote l’ambivalence de la voie alternative NF-κB face à la tumorigénèse du CaP. L’étude exhaustive de la signalisation NF-κB souligne davantage l'importance de la voie classique dont l’intérêt clinique est principalement associé au statut de RelA(p65). Ainsi, bien que RelB n’affiche aucun potentiel en tant que biomarqueur exploitable en clinique, l’analyse de l’intervention de la voie alternative NF-κB sur la biologie des cellules cancéreuses prostatiques reste d’intérêt pour la compréhension de son rôle exact dans la progression du CaP.

Biomarqueurs pronostiques dans le cancer de la prostate : mieux prédire pour mieux traiter

Le cancer de la prostate (CP) est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué en Amérique du Nord et est au troisième rang en termes de létalité chez les hommes. Suite aux traitements de première ligne, 20 à 30% des patients diagnostiqués avec un cancer localisé auront une récidive biochimique de la maladie. La déplétion androgénique mène fréquemment au développement du stade de résistance à la castration (RC). Ce dernier est associé avec une augmentation de la morbidité (métastases osseuses) et de la mortalité avec une survie moyenne inférieure à deux ans. L’évolution du CP est très hétérogène dans la population et il n’existe actuellement aucun biomarqueur pronostique permettant d’identifier les patients à risque de récurrence biochimique, de métastases osseuses et de développement d’une résistance à la castration. De nombreuses études ont démontré que les cytokines inflammatoires IL-6 et IL-8 jouent un rôle dans la pathogénèse du CP, notamment dans le développement de la résistance à la castration. Par ailleurs, les niveaux sériques élevés de ces cytokines ont été associés à un mauvais pronostic. Précédemment, notre laboratoire a démontré in vitro que la protéine IKKε entraîne une augmentation de la sécrétion de ces cytokines dans les cellules du CP et qu’elle est exprimée davantage dans les tissus de cancers plus avancés. Le premier objectif du présent mémoire fut d’évaluer dans des tissus humains la corrélation d’IKKε, IL-6 et IL-8 avec des paramètres cliniques. Nos résultats soulignent le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique de récurrence biochimique et de métastases osseuses. Nous n’avons trouvé aucune association entre IL-6/IL-8 et les paramètres cliniques inclus dans l’étude. Le second objectif de ce projet fut d’évaluer la coexpression de ces trois molécules dans l’épithélium du CP. Nos résultats confirment les observations in vitro en mettant en évidence une forte association entre l’expression d’IKKε, IL-6 et IL-8. Le troisième objectif fut d’évaluer la relation entre les niveaux sériques et tissulaires d’IL-6 et d’IL-8. Aucune relation significative n’a été établie, suggérant que les cytokines sériques ne sont pas uniquement d’origine prostatique. En conclusion, mon projet de maîtrise aura permis de préciser le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique et de valider pour la première fois dans des tissus humains sa co-expression avec les cytokines IL-6 et IL-8, dont le rôle dans la pathogénèse de la maladie est bien établi. Une étude plus exhaustive des voies de signalisation d’IKKε reste d’intérêt pour élucider notamment les mécanismes par lesquels IKKε stimule la production de cytokines et par quels moyens cette protéine pourrait être impliquée dans le développement d’un état résistant à la castration.

Phytoestrogen consumption and association with breast, prostate and colorectal cancer in EPIC Norfolk

Phytoestrogens are polyphenolic secondary plant metabolites that have structural and functional similarities to 17β-oestradiol and have been associated with a protective effect against hormone-related cancers. Most foods in the UK only contain small amounts of phytoestrogens (median content 21 μg/100 g) and the highest content is found in soya and soya-containing foods. The highest phytoestrogen content in commonly consumed foods is found in breads (average content 450 μg/100 g), the main source of isoflavones in the UK diet. The phytoestrogen consumption in cases and controls was considerably lower than in Asian countries. No significant associations between phytoestrogen intake and breast cancer risk in a nested case-control study in EPIC Norfolk were found. Conversely, colorectal cancer risk was inversely associated with enterolignan intake in women but not in men. Prostate cancer risk was positively associated with enterolignan intake, however this association became non-significant when adjusting for dairy intake, suggesting that enterolignans can act as a surrogate marker for dairy or calcium intake.

MS-based clinical proteomics: biomarker discovery in men’s cancer

Importance of biomarker discovery in men’s cancer diagnosis and prognosis Each year around 10,000 men in the UK die as a result of prostate cancer (PCa) making it the 3rd most common cancer behind lung and breast cancer; worldwide more than 670,000 men are diagnosed every year with the disease [1]. Current methods of diagnosis of PCa mainly rely on the detection of elevated prostate-specific antigen (PSA) levels in serum and/or physical examination by a doctor for the detection of an abnormal prostate. PSA is a glycoprotein produced almost exclusively by the epithelial cells of the prostate gland [2]. Its role is not fully understood, although it is known that it forms part of the ejaculate and its function is to solubilise the sperm to give them the mobility to swim. Raised PSA levels in serum are thought to be due to both an increased production of PSA from the proliferated prostate cells, and a diminished architecture of affected cells, allowing an easier distribution of PSA into the wider circulatory system.

Early detection of ovarian cancer in samples pre-diagnosis using CA125 and MALDI-MS peaks

Aim: A nested case-control discovery study was undertaken 10 test whether information within the serum peptidome can improve on the utility of CA125 for early ovarian cancer detection. Materials and Methods: High-throughput matrix-assisted laser desorption ionisation mass spectrometry (MALDI-MS) was used to profile 295 serum samples from women pre-dating their ovarian cancer diagnosis and from 585 matched control samples. Classification rules incorporating CA125 and MS peak intensities were tested for discriminating ability. Results: Two peaks were found which in combination with CA125 discriminated cases from controls up to 15 and 11 months before diagnosis, respectively, and earlier than using CA125 alone. One peak was identified as connective tissue-activating peptide III (CTAPIII), whilst the other was putatively identified as platelet factor 4 (PF4). ELISA data supported the down-regulation of PF4 in early cancer cases. Conclusion: Serum peptide information with CA125 improves lead time for early detection of ovarian cancer. The candidate markers are platelet-derived chemokines, suggesting a link between platelet function and tumour development.