Régulation dépendante du cycle cellulaire de la réparation par excision de nucléotides

La réparation par excision de nucléotides (NER) est une voie critique chez l'homme pour enlever des lésions qui déforment l’hélice d'ADN et qui bloquent à la fois la réplication et la transcription. Parmi ces lésions, il y a les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPDs) et les adduits pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PPs) induient par les rayons ultraviolets. L'importance physiologique de la NER est mise en évidence par l’existence de la maladie Xeroderma pigmentosum (XP), causée par des mutations affectant des gènes impliqués dans cette voie de réparation. Les personnes atteintes sont caractérisées par une photosensibilité extrême et une forte prédisposition à développer des tumeurs cutanées (plus de 1000 fois). Les patients atteints du type variant de la maladie Xeroderma pigmentosum (XPV), apparemment compétents en réparation, portent plutôt des mutations dans le gène codant pour l'ADN polymérase η (polη). Polη est une ADN polymérase translésionnelle capable de contourner avec une grande fidélité certaines lésions telles que les CPDs, qui autrement bloquent les polymérases réplicatives. Ainsi, la polη prévient la formation de mutations et permet la reprise de la synthèse d'ADN. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le rôle potentiel de voies de signalisation majeures dans la régulation de la NER, dont celles régulées par la kinase ATR (Ataxia Télangiectasia and Rad3-related kinase). Suite à l'irradiation UV, ATR est rapidement activée et phosphoryle des centaines de protéines qui régulent les points de contrôle du cycle cellulaire et joue un rôle notoire dans le maintient de la stabilité génomique. Nous avons postulé qu’ATR puisse réguler la NER de manière dépendante du cycle cellulaire. Cependant, tester cette hypothèse représente un grand défi car, pour des raisons techniques, les méthodes conventionnelles n’ont pas à ce jour été adaptées pour l'évaluation de la cinétique de réparation au cours des différentes phases du cycle cellulaire. Nous avons donc développé une méthode novatrice basée sur la cytométrie en flux permettant de quantifier avec grande précision la cinétique de réparation des 6-4PPs et CPDs dans chacune des phases G0/G1, S et G2/M. Avec cette nouvelle méthode, nous avons pu démontrer que l'inhibition d'ATR ou polη résulte en une très forte inhibition de la NER exclusivement durant la phase S du cycle cellulaire. Ces études ont révélé, pour la première fois, une fonction critique pour ces protéines dans le retrait des lésions qui bloquent la réplication. En outre, nous avons démontré que la synthèse d'ADN est indispensable pour l’inhibition de la réparation en phase-S, reflétant un lien potentiel entre la NER et la réplication. Curieusement, nous avons également montré que parmi six lignées cellulaires tumorales choisies aléatoirement, trois présentent une abrogation totale de la NER uniquement pendant la phase S, ce qui indique que de nombreux cancers humains pourraient être caractérisés par un tel défaut. Nos observations pourraient avoir d'importantes implications pour le traitement du cancer. En effet, le statut de la NER semble constituer un déterminant majeur dans la réponse clinique aux médicaments chimiothérapeutiques tels que le cisplatine, qui inhibent la croissance des cellules cancéreuses via l'induction de lésions à l’ADN.

Évaluation de la cytogénotoxicité humaine induite par l’exposition à de faibles doses de benzo-a-pyrène, à l’aide de biomarqueurs précoces

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) cancérogène pour l’homme, qui contamine toutes les sphères de notre environnement. Son métabolite, le BaP-7,8-diol-9,10-époxyde (BPDE) est considéré comme son cancérogène ultime. Le BPDE se lie à l’ADN, formant des adduits qui doivent être réparés et qui seraient responsables des dommages à l’ADN et de la cancérogenèse induite par le BaP. Les adduits BPDE-ADN et les dommages à l’ADN (bris simple-brin [BSB] à l’ADN, aberrations chromosomiques [AC], échanges entre chromatides-sœurs [ÉCS] et micronoyaux [MN]) ont été mesurés dans les lymphocytes humains exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de jeunes volontaires non-fumeurs et en santé. Suite à l’exposition au BaP, le niveau d’adduits BPDE-ADN et la fréquence des AC et des MN augmentent significativement, puis diminuent aux concentrations les plus élevées de BaP testées, suggérant une induction du métabolisme de phase II du BaP. Lors de la mesure des ÉCS, nous obtenons une courbe dose-réponse linéaire, indiquant la production d’un autre type de lésions devant être réparées par le système de réparation par recombinaison homologue. Ces lésions pourraient être des bris à l’ADN ou des bases oxydées (8-OH-dG), ce qui est suggéré par l’analyse des corrélations existant entre nos biomarqueurs. Par ailleurs, la comparaison de la courbe dose-réponse des hommes et des femmes montre que des différences existent entre les sexes. Ainsi, les ÉCS, les AC et les MN sont significativement augmentés chez les hommes à la plus faible concentration de BaP, alors que chez les femmes cette augmentation, quoique présente, est non significative. Des différences interindividuelles sont également observées et sont plus importantes pour les adduits BPDE-ADN, les MN et les AC, alors que pour les ÉCS elles sont minimes. Les analyses statistiques effectuées ont permis d’établir que quatre facteurs (niveau d’exposition au BaP, adduits BPDE-ADN, fréquence des AC et nombre de MN par cellule micronucléée) expliquent jusqu’à 59 % de la variabilité observée dans le test des ÉCS, alors qu’aucun facteur significatif n’a pu être identifié dans le test des AC et des MN. L’analyse du mécanisme de formation de nos biomarqueurs précoces permet de suggérer que les bris à l’ADN et les bases oxydées devraient être classées comme biomarqueurs de dose biologique efficace, au sein des biomarqueurs d’exposition, dans le continuum exposition-maladie du BaP, étant donné qu’ils causent la formation des biomarqueurs de génotoxicité (ÉCS, AC et MN). Par ailleurs, le test des AC et des MN ont permis de confirmer l’action clastogénique du BaP en plus de mettre en évidence des effets aneugènes affectant surtout la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ces effets aneugènes, reliés à l’étape de progression dans la cancérogenèse, pourraient être particulièrement importants puisque l’exposition au BaP et aux HAP est chronique et dure plusieurs années, voire des décennies. La compréhension des mécanismes régissant la formation des biomarqueurs étudiés dans cette étude, ainsi que des relations existant entre eux, peut être appliquée à de nombreux contaminants connus et émergents de notre environnement et contribuer à en évaluer le mode d’action.

Étude du continuum exposition-effet cancérogène du benzo[a]pyrène

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets.

Déficience dans la réparation par excision de nucléotides en phase S induite par la séquestration du facteur de réplication RPA

Introduction Les lésions induites par les rayons UV peuvent causer des blocages dans la réplication de l'ADN. Ces dommages sont éliminés par le processus moléculaire très conservé de réparation par excision de nucléotides (NER). Nous avons précédemment démontré que la protéine ATR, une kinase majeure impliquée dans le stress réplicatif, est requise pour une NER efficace, et ce exclusivement durant la phase S. Des résultats subséquents ont suggéré que ce prérequis n’était pas lié à la réponse induite par ATR, mais plutôt d’une conséquence globale causée par la présence de stress réplicatif. En ce sens, nous mettons l’emphase qu’après irradiation UV, le complexe RPA joue un rôle crucial dans l'activation des mécanismes de NER ainsi que dans le redémarrage des fourches de réplication bloquées. Hypothèses: En général, les mutations qui confèrent une augmentation du stress réplicatif engendrent une séquestration excessive du facteur RPA aux fourches de réplication bloquées ce qui réduit son accessibilité pour le NER. Méthodes et résultats: Le modèle de la levure a été choisi pour vérifier cette hypothèse. Nous avons développé un essai de NER spécifique à chacune des phases du cycle cellulaire pour démontrer que les cellules déficientes en Mec1, l’homologue d’ATR, sont défectives dans la réparation par excision de nucléotides spécifiquement en phase S. De plus, plusieurs autres mutants de levure, caractérisés par un niveau de dommages spontanés élevé, ont aussi exhibé un défaut similaire. Ces mutants ont démontré une fréquence et une intensité de formation de foyers de RPA plus élevée. Finalement, une diminution partielle de RPA dans les levures a induit un défaut significatif dans le NER spécifiquement durant la phase S. Conclusion: Nos résultats supportent la notion que la séquestration de RPA aux fourches de réplication endommagées durant la phase S prévient son utilisation pour la réparation par excision de nucléotides ce qui inhibe fortement l'efficacité de réparation. Cette étude chez la levure facilite l’élucidation du phénomène analogue chez l’humain et, ultimement, comprend des implications majeures dans la compréhension du mécanisme de développement des cancers UV-dépendants.

Molecular mechanism involved in the mutagenicity induced by Aflatoxin B1

The aflatoxin B1 (AFB1) is a mycotoxin that has been identified as the most potent hepatocarcinogen. The metabolite resulting from detoxification process of AFB1 in liver, has the ability to react with the genomic DNA, generating AFB1-DNA adducts; during DNA replication process, this adduct induced the G:C→T:A transversion. Polymorphism in genes encoding for enzymes involved in the activation and detoxification of AFB1 and DNA repair enzymes has been associated with the risk of hepatocellular carcinoma (HCC) development. Additionally, in populations of high exposure to aflatoxin and high prevalence of hepatitis B virus (HBV) infection, has been demonstrated a synergism between these two risk factors for the development of HCC.

In vivo hydroquinone exposure alters circulating neutrophil activities and impairs LPS-induced lung inflammation in mice

Hydroquinone (HQ) is an environmental contaminant which causes immune toxicity. In this study, the effects of exposure to low doses of HQ on neutrophil mobilization into the LPS-inflamed lung were investigated. Male Swiss mice were exposed to aerosolized vehicle (control) or 12.5, 25 or 50 ppm HQ (1 h/day for 5 days). One hour later, oxidative burst, cell cycle. DNA fragmentation and adhesion molecules expressions in circulating neutrophils were determined by flow cytometry, and plasma malondialdehyde (MDA) levels were measured by HPLC. Also, 1 h later the last exposures, inflammation was induced by LPS inhalation (0.1 mg/ml/10 min) and 3 h later, the numbers of leukocytes in peripheral blood and in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were determined using a Neubauer chamber and stained smears; adhesion molecules expressed on lung microvessel endothelial cells were quantified by immunohistochemistry; myeloperoxidase (MPO) activity was measured in the lung tissue by colorimetric assay; and cytokines in the BALF were determined by ELISA. In vivo HQ exposure augmented plasma MDA levels and oxidative activity of neutrophils, but did not cause alterations in cell cycle and DNA fragmentation. Under these conditions, the number of circulating leukocytes was not altered, but HQ exposure reduced LPS-induced neutrophil migration into the alveolar space, as these cells remained in the lung tissue. The impaired neutrophil migration into BALF may not be dependent on reduced cytokines secretions in the BALF and lung endothelial adhesion molecules expressions. However, HQ exposure increased the expression of beta(2) and beta(3) integrins and platelet-endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) in neutrophils, which were not further enhanced by fMLP in vitro stimulation, indicating that HQ exposure activates circulating neutrophils, impairing further stimulatory responses. Therefore, it has been shown, for the first time, that neutrophils are target of lower levels of in vivo HQ exposure, which may be considered in host defense in infectious diseases. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Lipid hydroperoxide-induced and hemoglobin-enhanced oxidative damage to colon cancer cells

Epidemiological studies have indicated that Western diets are related to an increase in a series of malignancies. Among the compounds that are credited for this toxic effect are heme and lipid peroxides. We evaluated the effects of hemoglobin (Hb) and linoleic acid hydroperoxides (LAOOH) on a series of toxicological endpoints, such as cytotoxicity, redox status, lipid peroxidation, and DNA damage. We demonstrated that the preincubation of SW480 cells with Hb and its subsequent exposure to LAOOH (Hb + LAOOH) led to an increase in cell death, DCFH oxidation, malonaldehyde formation, and DNA fragmentation and that these effects were related to the peroxide group and the heme present in Hb. Furthermore, Hb and LAOOH alone exerted a toxic effect on the endpoints assayed only at concentrations higher than 100 mu M. We were also able to show that SW480 cells presented a higher level of the modified DNA bases 8-oxo-7,8-dihydro-2`-deoxyguanosine and 1,N(2)-etheno-2`-deoxyguanosine compared to the control. Furthermore, incubations with Hb led to an increase in intracellular iron levels, and this high level of iron correlated with DNA oxidation, as measured as EndoIII- and Fpg-sensitive sites. Thus, Hb from either red meat or bowel bleeding could act as an enhancer of fatty acid hydroperoxide genotoxicity, which contributes to the accumulation of DNA lesions in colon cancer cells. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

[(13)C(2)]- Acetaldehyde Promotes Unequivocal Formation of 1,N(2)-Propano-2 `-deoxyguanosine in Human Cells

Acetaldehyde is an environmentally widespread genotoxic aldehyde present in tobacco smoke, vehicle exhaust and several food products. Endogenously, acetaldehyde is produced by the metabolic oxidation of ethanol by hepatic NAD-dependent alcohol dehydrogenase and during threonine catabolism. The formation of DNA adducts has been regarded as a critical factor in the mechanisms of acetaldehyde mutagenicity and carcinogenesis. Acetaldehyde reacts with 2`-deoxyguanosine in DNA to form primarily N(2)-ethylidene-2`-deoxyguanosine. The subsequent reaction of N(2)-ethylidenedGuo with another molecule of acetaldehyde gives rise to 1,N(2)-propano-2`-deoxyguanosine (1,N(2)-propanodGuo), an adduct also found as a product of the crotonaldehyde reaction with dGuo. However, adducts resulting from the reaction of more than one molecule of acetaldehyde in vivo are still controversial. In this study, the unequivocal formation of 1,N(2)-propanodGuo by acetaldehyde was assessed in human cells via treatment with [(13)C(2)]-acetaldehyde. Detection of labeled 1,N(2)-propanodGuo was performed by HPLC/MS/MS. Upon acetaldehyde exposure (703 mu M), increased levels of both 1,N(2)-etheno-2`-deoxyguanosine (1,N(2)-epsilon dGuo), which is produced from alpha,beta-unsaturated aldehydes formed during the lipid peroxidation process, and 1,N(2)-propanodGuo were observed. The unequivocal formation of 1,N(2)-propanodGuo in cells exposed to this aldehyde can be used to elucidate the mechanisms associated with acetaldehyde exposure and cancer risk.

Viable human buccal mucosa cells do not yield typical nucleoids: Impacts on the single-cell gel electrophoresis/comet assay

Buccal mucosa (BM) cells have been used in human biomonitoring studies for detecting DNA adducts and chromosomal damage in an epithelial cell population. In the present study, we have investigated if human BM cells are suitable for use in the single-cell gel electrophoresis (SCGE)/Comet assay as an approach for estimating the exposure of epithelial cells to DNA-damaging agents. Our results indicate that only a few cells from BM cell samples yield comets that can be analyzed by current methods, and that the yield of cells with comets is independent of the percentage of viable BM cells in the sample. Data generated after enzymatic enrichment of viable cells and immunomagnetic separation of epithelial cells suggest that most of the BM cells that do form comets are probably leukocytes. Moreover, by reevaluating specific cells after running the Comet assay, we found that viable epithelial BM cells give rise to atypical comets that are not included in the analysis. Comparing DNA migration patterns between small groups of smokers and nonsmokers indicated that long-term smoking had no effect on the subpopulation of cells that yield typical comets. Our results indicate that the SCGE assay, as it is commonly performed, may not be useful for genotoxicity monitoring in human epithelial BM cells.

Genotoxicity and mutagenicity of water contaminated with tannery effluents, as evaluated by the micronucleus test and comet assay using the fish Oreochromis niloticus and chromosome aberrations in onion root-tips

Cytotoxicity of metals is important because some metals are potential mutagens able to induce tumors in humans and experimental animals. Chromium can damage DNA in several ways, including DNA double strand breaks (DSBs) which generate chromosomal aberrations, micronucleus formation, sister chromatid exchange, formation of DNA adducts and alterations in DNA replication and transcription. In our study, water samples from three sites in the Córrego dos Bagres stream in the Franca municipality of the Brazilian state of São Paulo were subjected to the comet assay and micronucleus test using erythrocytes from the fish Oreochromis niloticus. Nuclear abnormalities of the erythrocytes included blebbed, notched and lobed nuclei, probably due to genotoxic chromium compounds. The greatest comet assay damage occurred with water from a chromium-containing tannery effluent discharge site, supporting the hypothesis that chromium residues can be genotoxic. The mutagenicity of the water samples was assessed using the onion root-tip cell assay, the most frequent chromosomal abnormalities observed being: c-metaphases, stick chromosome, chromosome breaks and losses, bridged anaphases, multipolar anaphases, and micronucleated and binucleated cells. Onion root-tip cell mutagenicity was highest for water samples containing the highest levels of chromium.

Comparative Studies of the (Anti) Mutagenicity of Baccharis dracunculifolia and Artepillin C by the Bacterial Reverse Mutation Test

Baccharis dracunculifolia is a plant native from Brazil, commonly known as 'Alecrim-do-campo' and 'Vassoura' and used in alternative medicine for the treatment of inflammation, hepatic disorders and stomach ulcers. Previous studies reported that artepillin C (ArtC, 3-{4-hydroxy-3,5-di(3-methyl-2-butenyl)phenyl}-2(E)-propenoic acid), is the main compound of interest in the leaves. This study was undertaken to assess the mutagenic effect of the ethyl acetate extract of B. dracunculifolia leaves (Bd-EAE: 11.4-182.8 mu g/plate) and ArtC (0.69-10.99 mu g/plate) by the Ames test using Salmonella typhimurium strains TA98, TA97a, TA100 and TA102, and to compare the protective effects of Bd-EAE and ArtC against the mutagenicity of a variety of direct and indirect acting mutagens such as 4-nitro-O-phenylenediamine, sodium azide, mitomycin C, benzo[a]pyrene, aflatoxin B1, 2-aminoanthracene and 2-aminofluorene. The mutagenicity test showed that Bd-EAE and ArtC did not induce an increase in the number of revertant colonies indicating absence of mutagenic activity. ArtC showed a similar antimutagenic effect to that of Bd-EAE in some strains of S. typhimurium, demonstrating that the antimutagenic activity of Bd-EAE can be partially attributed to ArtC. The present results showed that the protective effect of whole plant extracts is due to the combined and synergistic effects of a complex mixture of phytochemicals, the total activity of which may result in health benefits.

Regulation der Stress-aktivierten Proteinkinasen durch den gentoxischen Benzo[a]pyren-Metaboliten BPDE

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind ubiquitäre Verschmutzungen der Umwelt und entstehen während der unvollständigen Verbrennung organischen Materials wie Holz, Kohle und Erdöl. Werden diese chemisch nicht reaktiven PAK in den Körper aufgenommen, durchlaufen sie eine Reihe von enzymatischen Umsetzungen, die unter der Bezeichnung Fremdstoffmetabolismus zusammengefasst werden. Die chemische Umsetzung des PAK und Prokarzinogens Benzo[a]pyren (B[a]P) führt u.a. zur Bildung des reaktiven Metaboliten B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (BPDE). BPDE ist stark elektrophil und kann auf Grund dieser Eigenschaft an nukleophile Makromoleküle wie Proteine und DNA binden. Die Bildung von BPDE-DNA-Addukten resultiert in der Entstehung von Mutationen und kann zur Tumorbildung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung von BPDE als Modellsubstanz für gentoxische Agenzien auf intrazelluläre Signalkaskaden und die Konsequenzen der BPDE-Exposition bezüglich der Zellaktivität untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass BPDE-Behandlung von Mausfibroblasten eine intrazelluläre Signalkaskade induziert, welche zur Aktivierung der Stressaktivierten Proteinkinasen (SAPK) JNK und p38 führt. An dieser Signalkaskade sind Src-ähnliche Kinasen beteiligt. BPDE-Behandlung führt in den untersuchten Mausfibroblasten zur Induktion von DNA-Einzelstrangbrüchen, deren Auftreten zeitlich mit der SAPK-Aktivierung korreliert. Die BPDEinduzierten DNA-Strangbrüche sind die Folge der Entfernung dieser Läsionen aus dem Genom durch die Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Erkannt werden BPDE-DNA-Addukte durch die NERProteine XPA und XPC (Xeroderma Pigmentosum Komplementationsgruppe A und C). Nach der Erkennung von BPDE-DNA-Addukten kommt es zur Rekrutierung von Nukleasen, welche die vorliegende Läsion und umliegende Nukleotide aus dem Genom entfernen. In XPA- und XPCdefizienten Mausfibroblasten induziert BPDE daher keine DNA-Strangbrüche. Jedoch ist nur in XPCdefizienten Zellen, aber nicht in XPA-defizienten Zellen, die SAPK-Aktivierung drastisch reduziert. Behandlung von Mausfibroblasten mit Benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-Epoxid, einem PAK, dessen DNA-Addukte schlecht durch NER-Faktoren erkannt und repariert werden, führt zu keiner SAPKAktivierung. Die Aktivierung von p38 und JNK scheint demnach abhängig zu sein von der Erkennung des primären DNA-Schadens. Die XPC-abhängige SAPK-Aktivierung schützt die Zellen vor BPDEabhängiger Toxizität, da sowohl XPC- als auch p38-defiziente Mausfibroblasten eine höhere Sensitivität gegenüber BPDE zeigen als korrespondierende Wildtypzellen. Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuer Signalweg beschrieben werden, in dem DNASchäden, verursacht durch BPDE, über die XPC-abhängige DNA-Schadenserkennung, die Aktivierung der SAPK induziert. Diese Aktivierung der SAPK schützt vor BPDE-induzierter Toxizität.

Therapeutic Targeting of ATP7B in Ovarian Carcinoma.

PURPOSE: Resistance to platinum chemotherapy remains a significant problem in ovarian carcinoma. Here, we examined the biological mechanisms and therapeutic potential of targeting a critical platinum resistance gene, ATP7B, using both in vitro and in vivo models. EXPERIMENTAL DESIGN: Expression of ATP7A and ATP7B was examined in ovarian cancer cell lines by real-time reverse transcription-PCR and Western blot analysis. ATP7A and ATP7B gene silencing was achieved with targeted small interfering RNA (siRNA) and its effects on cell viability and DNA adduct formation were examined. For in vivo therapy experiments, siRNA was incorporated into the neutral nanoliposome 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (DOPC). RESULTS: ATP7A and ATP7B genes were expressed at higher levels in platinum-resistant cells compared with sensitive cells; however, only differences in ATP7B reached statistical significance. ATP7A gene silencing had no significant effect on the sensitivity of resistant cells to cisplatin, but ATP7B silencing resulted in 2.5-fold reduction of cisplatin IC(50) levels and increased DNA adduct formation in cisplatin-resistant cells (A2780-CP20 and RMG2). Cisplatin was found to bind to the NH(2)-terminal copper-binding domain of ATP7B, which might be a contributing factor to cisplatin resistance. For in vivo therapy experiments, ATP7B siRNA was incorporated into DOPC and was highly effective in reducing tumor growth in combination with cisplatin (70-88% reduction in both models compared with controls). This reduction in tumor growth was accompanied by reduced proliferation, increased tumor cell apoptosis, and reduced angiogenesis. CONCLUSION: These data provide a new understanding of cisplatin resistance in cancer cells and may have implications for therapeutic reversal of drug resistance.

Studies of the mechanism of daunorubicin carcinogenesis: Modulation by vitamin E

Daunorubicin (DNR) is an anthracycline antibiotic used as a cancer chemotherapeutic agent. However, it causes mammary adenocarcinomas in female Sprague-Dawley (SD) rats. Vitamin E (E) has been found to reduce DNR carcinogenicity. I investigated the mechanism of DNR carcinogenicity and its interaction with E in SD rats by studying DNR-DNA adduct formation and the influence of E status on DNR clearance and free radical producing and detoxifying enzymes.^ The hypothesis was that DNR exerts its tumorigenic effect via free radicals generated during redox cycling and production of reactive intermediates capable of forming DNA adducts. E was postulated to act as a protective agent through a combination of its antioxidant property, modulation of drug clearance and levels of free radical producing and detoxifying enzymes.^ DNA adduct formation was measured by the nuclease P1 $\sp{32}$P-post labeling assay. In vitro, DNR was activated by rat liver microsomes and either NADPH or cumene hydrogen peroxide (CuOOH). Rat liver DNA incubated with this mixture formed two adducts when the cofactor was NADPH and three adducts when CuOOH was used. In vivo, SD rats were treated with i.v. doses of DNR. No detectable DNR-DNA adducts were formed in liver or mammary DNA in vivo, although there was an intensification of endogenous DNA adducts.^ Groups, 1, 2, 3 and 4 of weanling female SD rats were fed 0, 100, 1,000 and 10,000 mg $\alpha$-tocopheryl acetate/kg diet respectively. A comparison of Groups 1 and 4 showed no effect of E status on clearance of 10 mg tritiated DNR/kg body weight over 72 hours. However, liver cleared DNR at a faster rate than mammary epithelial cells (MEC).^ Xanthine oxidase, which catalyzes DNR redox cycling, was significantly decreased in liver and MEC of rats in group 4 compared to groups 1, 2, and 3. Detoxifying enzymes were not dramatically affected by E supplementation. Quinone reductase in MEC was significantly increased in group 4 compared to other groups. Overall, the liver had higher levels of free radical detoxifying enzymes compared to MEC.^ These data support a role of free radicals in DNR carcinogenicity because (1) endogenous DNA adducts formed due to free radical insult are further intensified by DNR treatment in vivo, (2) MEC, the specific target of DNR carcinogenicity, cannot rapidly clear DNR and have a lower free radical detoxifying capability than liver, (3) E supplementation caused lowering of free radical generating potential via xanthine oxidase, and increased DNR detoxification due to elevation of quinone reductase in MEC. ^

RNA polymerase II large subunit degradation induced by ecteinascidin 743: Molecular characterization and subsequent rational investigation of antitumor mechanisms in cancers with clinical response

Ecteinascidin 743 (Et-743), which is a novel DNA minor groove alkylator with a unique spectrum of antitumor activity, is currently being evaluated in phase II/III clinical trials. Although the precise molecular mechanisms responsible for the observed antitumor activity are poorly understood, recent data suggests that post-translational modifications of RNA polymerase II Large Subunit (RNAPII LS) may play a central role in the cellular response to this promising anticancer agent. The stalling of an actively transcribing RNAPII LS at Et-743-DNA adducts is the initial cellular signal for transcription-coupled nucleotide excision repair (TC-NER). In this manner, Et-743 poisons TC-NER and produces DNA single strand breaks. Et-743 also inhibits the transcription and RNAPII LS-mediated expression of selected genes. Because the poisoning of TC-NER and transcription inhibition are critical components of the molecular response to Et-743 treatment, we have investigated if changes in RNAPII LS contribute to the disruption of these two cellular pathways. In addition, we have studied changes in RNAPII LS in two tumors for which clinical responses were reported in phase I/II clinical trials: renal cell carcinoma and Ewing's sarcoma. Our results demonstrate that Et-743 induces degradation of the RNAPII LS that is dependent on active transcription, a functional 26S proteasome, and requires functional TC-NER, but not global genome repair. Additionally, we have provided the first experimental data indicating that degradation of RNAPII LS might lead to the inhibition of activated gene transcription. A set of studies performed in isogenic renal carcinoma cells deficient in von Hippel-Lindau protein, which is a ubiquitin-E3-ligase for RNAPII LS, confirmed the central role of RNAPII LS degradation in the sensitivity to Et-743. Finally, we have shown that RNAPII LS is also degraded in Ewing's sarcoma tumors following Et-743 treatment and provide data to suggest that this event plays a role in decreased expression of the Ewing's sarcoma oncoprotein, EWS-Fli1. Altogether, these data implicate degradation of RNAPII LS as a critical event following Et-743 exposure and suggest that the clinical activity observed in renal carcinoma and Ewing's sarcoma may be mediated by disruption of molecular pathways requiring a fully functional RNAPII LS. ^