Bcl-xL regulation and function in cell cycle checkpoints and progression

Quelques évidences suggèrent que Bcl-xL, un membre anti-apoptotique de la famille Bcl-2, possède également des fonctions au niveau du cycle cellulaire et de ses points-contrôle. Pour étudier la régulation et fonction de Bcl-xL au cours du cycle cellulaire, nous avons généré et exprimé dans des cellules humaines une série de mutants de phosphorylation incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser49Ala, Ser56Ala, Ser62Ala et Thr115Ala. L'analyse de cette série de mutants révèle que les cellules exprimant Bcl-xL(Ser62Ala) sont moins stables au point-contrôle G2 du cycle cellulaire comparées aux cellules exprimant le type sauvage ou les autres mutants de phosphorylation incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser56Ala et Thr115Ala. Les études de cinétiques de phosphorylation et de localisation de phospho-Bcl-xL(Ser62) dans des cellules synchronisées et suite à l'activation du point-contrôle en G2 médié par l'étoposide (VP16), nous indiquent que phospho-Bcl-xL(Ser62) migre dans les corps nucléolaires durant l'arrêt en G2 dans les cellules exposées au VP16. Une série d'expériences incluant des essais kinase in vitro, l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques et d'ARN interférant, nous révèlent que Polo kinase 1 (PLK1) et MAPK9/JNK2 sont les protéines kinase impliquées dans la phosphorylation de Bcl-xL(Ser62), et pour son accumulation dans les corps nucléolaires pendant le point-contrôle en G2. Nos résultats indiquent que durant le point-contrôle en G2, phospho-Bcl-xL(Ser62) se lie et se co-localise avec CDK1(CDC2), le complexe cycline-kinase qui contrôle l'entrée en mitose. Nos résultats suggèrent que dans les corps nucléolaires, phospho-Bcl-xL(Ser62) stabilise l'arrêt en G2 en séquestrant CDK1(CDC2) pour retarder l'entrée en mitose. Ces résultats soulignent également que les dommages à l'ADN influencent la composition des corps nucléolaires, structure nucléaire qui émerge maintenant comme une composante importante de la réponse aux dommages à l'ADN. Dans une deuxième étude, nous décrivons que les cellules exprimant le mutant de phosphorylation Bcl-xL(Ser62Ala) sont également plus stables au point-contrôle de l'assemblage du fuseau de la chromatine (SAC) suite à une exposition au taxol, comparées aux cellules exprimant le type sauvage ou d'autres mutants de phosphorylation de Bcl-xL, incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser56Ala. Cet effet est indépendent de la fonction anti-apoptotique de Bcl-xL. Bcl-xL(Ser62) est fortement phosphorylé par PLK1 et MAPK14/SAPKp38α à la prométaphase, la métaphase et à la frontière de l'anaphase, et déphosphorylé à la télophase et la cytokinèse. Phospho-Bcl-xL(Ser62) se trouve dans les centrosomes avec γ-tubuline, le long du fuseau mitotique avec la protéine moteure dynéine et dans le cytosol mitotique avec des composantes du SAC. Dans des cellules exposées au taxol, phospho-Bcl-xL(Ser62) se lie au complexe inhibiteur CDC20/MAD2/BUBR1/BUB3, alors que le mutant Bcl-xL(Ser62Ala) ne se lie pas à ce complexe. Ces résultats indiquent que durant le SAC, la phosphorylation de Bcl-xL(Ser62) accélère la résolution du SAC et l'entrée des cellules en anaphase. Des expériences bloquant l'expression de Bcl-xL révèlent ègalement un taux très élevé de cellules tétraploïdes et binuclées après un traitement au nocodazole, consistant avec une fonction de Bcl-xL durant la mitose et dans la stabilité génomique. Dans la troisième étude, l'analyse fonctionnelle de cette série de mutants de phosphorylation indique également que les cellules exprimant Bcl-xL(Ser49Ala) sont moins stables durant le point-contrôle G2 et entre en cytokinèse plus lentement dans des cellules exposées aux inhibiteurs de la polymérisation/dépolymérisation des tubulines, composantes des microtubules. Ces effets de Bcl-xL(Ser49Ala) sont indépendents de sa fonction anti-apoptotique. La phosphorylation de Bcl-xL(Ser49) est dynamique au cours du cycle cellulaire. Dans des cellules synchronisées, Bcl-xL(Ser49) est phosphorylé en phase S et G2, déphosphorylé à la prométaphase, la métaphase et à la frontière de l'anaphase, et re-phosphorylé durant la télophase et la cytokinèse. Au cours du point-contrôle G2 induit par les dommages à l'ADN, un pool important de phospho-Bcl-xL(Ser49) se trouve aux centrosomes, un site important pour la régulation de l'entrée en mitose. Durant la télophase et la cytokinèse, phospho-Bcl-xL(Ser49) se trouve le long des microtubules avec la protéine moteure dynéine et dans le cytosol mitotique. Finalement, nos résultats suggèrent que PLK3 est responsable de la phosphorylation de Bcl-xL(Ser49), une protéine kinase impliquée pour l'entrée des cellules en mitose et pour la progression de la mitose jusqu'à la division cellulaire.

L’étude du rôle d’ARF1 dans la migration et la prolifération des cellules du cancer du sein

Les facteurs d’ADP-ribosylation (ARFs) sont des petites GTPases impliquées dans le transport vésiculaire, la synthèse des lipides membranaires et la réorganisation du cytosquelette d’actine. Les isoformes 1 (ARF1) et 6 (ARF6) sont les plus étudiées. ARF1 est connue pour être distribuée à l’appareil de Golgi, alors qu’ARF6 est confinée principalement à la membrane plasmique. Récemment, il a été démontré qu’ARF6 est hautement exprimée et activée dans plusieurs cellules de cancer du sein invasif et que celle-ci contrôle les processus de migration et d’invasion. Cependant, le rôle d’ARF1 dans ces processus biologiques impliqués dans la formation de métastases du cancer du sein demeure méconnu. Dans la présente étude, nous avons utilisé comme modèle d’étude pour ARF1 les MDA-MB-231, une lignée de cellules invasives du cancer du sein exprimant de haut niveau de récepteurs au facteur de croissance épidermique (EGFR). Afin d’évaluer le rôle d’ARF1 dans la migration, dans la transition épithéliale mésenchymateuse (EMT) et dans la prolifération cellulaire, nous avons procédé à deux types d’approches expérimentales, soit l’inhibition de l’expression endogène d’ARF1 par l’interférence à l’ARN de même que la surexpression de formes mutantes dominante négative (ARF1T31N) et constitutivement active d’ARF1 (ARF1Q71L), qui miment les formes inactive et active de la GTPase, respectivement. De manière intéressante, la suppression d’ARF1 et la surexpression de la forme inactive d’ARF1 induisent l’arrêt de la migration et de la prolifération des MDA-MB-231 de manière dépendante à l’activation de l’EGFR et ce, en bloquant l’activation de la voie PI3Kinase. De plus, nous démontrons qu’ARF1, de même que les ARF GEFs Cytohésine-1 et Cytohésine-2, contribuent au phénotype invasif des cellules tumorales de cancer du sein. Dans les mêmes approches expérimentales, nous montrons que l’inactivation d’ARF1 dans les MDA-MB-231 déclenche un arrêt de croissance irréversible associé à l’induction de la sénescence et ce, en régulant la fonction de la protéine du rétinoblastome pRb. Enfin, cette étude a permis de mettre en évidence le rôle physiologique d’ARF1 dans les processus de migration et de prolifération cellulaire, deux événements biologiques responsables de la progression du cancer du sein.

Prédiction de boucles de régulation associant microARN et gènes régulés par le récepteur de l'acide rétinoïque dans le cancer du sein

Le récepteur de l'acide rétinoïque RAR est une protéine de la superfamille des récepteurs nucléaires liant le ligand acide rétinoïque (AR). En présence de son ligand, RAR induit la transcription de ses gènes cibles alors qu'en son absence la transcription est inhibée. Le mécanisme de régulation de RAR est altéré dans les lignées cellulaires humaines de carcinome mammaire dû à une baisse de capacité de synthèse de l'AR. Aussi, l'expression des microARN (miR) est perturbée dans le cancer du sein et un grand nombre de gènes ont été identifiés, après une analyse in-silico, comme des cibles prédites des miRs. Ces derniers peuvent être régulés pas des facteurs de transcription et ils sont capables d'inhiber la prolifération cellulaire et d'induire l'apoptose via la régulation de leurs cibles. Ainsi, les miRs peuvent jouer un rôle dans le mécanisme de régulation de RAR et être impliqués dans des boucles de régulation avec ce récepteur. Dans le cadre de ce travail, nous décrivons une approche développée pour prédire et caractériser des circuits de régulation au niveau transcriptionnel et post-transcriptionnel dans le cancer du sein. Nous nous sommes intéressés aux boucles de régulation de type feed-forward où RAR régule un miR et en commun ils régulent un ensemble de gènes codants pour des protéines dans les cellules tumorales mammaires MCF7 et SKBR3. Ces circuits ont été construits en combinant des données de ChIP-chip de RAR et des données de micro-puces d'ADN tout en utilisant des outils in-silico de prédiction des gènes cibles de miRs. Afin de proposer le modèle approprié de régulation, une analyse in-silico des éléments de réponse de l'AR (RARE) dans les promoteurs des miRs est réalisée. Cette étape permet de prédire si la régulation par RAR est directe ou indirecte. Les boucles ainsi prédites sont filtrées en se basant sur des données d'expression de miR existantes dans des bases de données et dans différentes lignées cellulaires, en vue d'éliminer les faux positifs. De plus, seuls les circuits pertinents sur le plan biologique et trouvés enrichis dans Gene Ontology sont retenus. Nous proposons également d'inférer l'activité des miRs afin d'orienter leur régulation par RAR. L'approche a réussi à identifier des boucles validées expérimentalement. Plusieurs circuits de régulation prédits semblent être impliqués dans divers aspects du développement de l'organisme, de la prolifération et de la différenciation cellulaire. De plus, nous avons pu valider que let-7a peut être induit par l'AR dans les MCF7.

Characterizing the Expression of Cytochrome P450s in Breast Cancer Cells

Une résistance aux agents anticancéreux utilisés dans le traitement du cancer du sein est souvent associée à un échec de traitement. Des variations dans le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, sont des facteurs pouvant expliquer des phénomènes de résistance. Notre but était d’évaluer l’impact des isoenzymes du CYP450s, dans le métabolisme local des agents anticancéreux. Notre premier objectif était de valider un gène rapporteur pour nos analyses de PCR en temps réel. Pour ce faire, nous avons criblé l’expression de 6 gènes rapporteurs dans 23 lignées cellulaires. NUP-214 a été démontré comme étant le gène rapporteur le plus stable avec un écart-type de seulement 0.55 Ct. Notre deuxième objectif était de déterminer le niveau d’expression des ARNm de 19 isoformes du CYP450 dans plusieurs lignées cellulaires du cancer du sein. Les ARNm des CYP450s ont démontré une très grande variabilité entre les lignées cellulaires. Les isoformes CYP1B1 et CYP2J2 démontrent l’expression la plus importante pour la majorité des lignées. Notre troisième objectif était d’évaluer la corrélation entre l’expression des isoformes des CYP450s et leur activité métabolique en utilisant les substrats spécifiques du CYP1B1 et 2J2, 7-éthoxyrésorufine et ébastine, respectivement. Une forte corrélation (r2=0.99) fut observée entre l’activité métabolique vis-à-vis l’ébastine et l’expression du CYP2J2. De même, le métabolisme du 7-éthoxyrésorufine était fortement corrélé (r2=0.98) avec l’expression du CYP1B1. En résumé, ces résultats suggèrent que le métabolisme local des agents anticancéreux pourrait significativement moduler le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, et pourrait être ainsi, une source de résistance.

Identification and characterization of new biomarkers in aggressive subtypes of breast cancer

En 2015, la récidive tumorale et les métastases du cancer du sein demeurent une cause importante de décès à travers le monde. Toutefois, ces cancers sont souvent hétérogènes car en dépit d’un phénotype similaire, l’évolution clinique et la réponse au traitement peuvent varier considérablement. Il y a donc un intérêt évident à identifier et à caractériser de nouveaux biomarqueurs pour permettre classer les tumeurs mammaires dans des sous-groupes plus homogènes. Notre hypothèse est que chaque cancer mammaire possède des caractéristiques distinctes au plan des altérations du génome et des profils d’expression géniques et que ces changements se traduisent cliniquement par une prédisposition à former des métastases ou à répondre ou non à la chimiothérapie et aux thérapies ciblées. Dans le cadre de nos travaux, nous nous sommes intéressés aux sous-types agressifs de tumeurs mammaires et notamment les cancers de type triple négatif. Nous avons aussi tenté d’identifier des marqueurs capables de distinguer l’une de l’autre les tumeurs de type luminal A et luminal B. Pour ce faire, nous avons d’abord utilisé une stratégie in silico à partir de données publiques (micro-puces d’ADN et séquençage de l’ARN). Nous avons ensuite construit sept micro-matrices tissulaires (TMA) provenant de tissus mammaires normaux et tumoraux fixés à la formaline et enrobés en paraffine. Ces outils nous ont permis d’évaluer par immunohistochimie les niveaux d’expression différentielle des marqueurs suivants : ANXA1, MMP-9, DP103 et MCM2. Ceux-ci ont été comparés aux marqueurs usuels du cancer du sein (ER, PR, HER2, CK5/6 et FOXA1) et corrélés aux données cliniques (survie globale et métastase). Nos résultats indiquent que ces nouveaux marqueurs jouent un rôle important dans l’évolution clinique défavorable des tumeurs de haut grade. Dans un premier article nous avons montré que l’expression d’ANXA1 est dérégulée dans les cancers de type triple-négatif et aussi, dans une certaine mesure, dans les tumeurs HER2+. Nous croyons qu’ANXA1 permet de mieux comprendre le processus d’hétérogénéité tumorale et facilite l’identification des tumeurs de haut grade. Nous proposons également qu’ d’ANXA1 stimule la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) et la formation des métastases. Dans un second temps, nous avons montré que les niveaux d’expression de MMP-9 reflètent la différenciation cellulaire et corrèlent avec les sous-types de cancers mammaires ayant un mauvais pronostic. Nous estimons que MMP-9 permet de mieux comprendre et d’identifier les tumeurs mammaires à haut risque. De fait, la surexpression de MMP-9 est associée à une augmentation des métastases, une récidive précoce et une diminution de la survie globale. Dans le cadre d’un troisième article, nous avons montré que la surexpression du marqueur de prolifération MCM2 s’observe dans les cancers triple-négatifs, HER2+ et Luminal B par comparaison aux cancers luminal A (p< 0.0001). Nos résultats suggèrent qu’en utilisant un seuil de 40% de noyaux marqués, nous pourrions distinguer l’une de l’autre les tumeurs de type luminal A et luminal B. Cela dit, avant de pouvoir envisager l’utilisation de ce marqueur en clinique, une étude de validation sur une nouvelle cohorte de patientes s’impose. En somme, les résultats de nos travaux suggèrent qu’ANXA1, MMP-9 et MCM2 sont des marqueurs intéressants pour mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans la progression tumorale et le développement des métastases. À terme, ces nouveaux marqueurs pourraient être utilisés seuls ou en combinaison avec d’autres gènes candidats pour permettre le développement de trousses « multigènes » ou d’essais protéomiques multiplex pour prédire l’évolution clinique des cancers mammaires.

An update of the mechanisms of resistance to EGFR-tyrosine kinase inhibitors in breast cancer: gefitinib (Iressatrade mark)-induced changes in the expression and nucleo-cytoplasmic trafficking of HER-ligands (Review)

Intrinsic resistance to the epidermal growth factor receptor (EGFR; HER1) tyrosine kinase inhibitor (TKI) gefitinib, and more generally to EGFR TKIs, is a common phenomenon in breast cancer. The availability of molecular criteria for predicting sensitivity to EGFR-TKIs is, therefore, the most relevant issue for their correct use and for planning future research. Though it appears that in non-small-cell lung cancer (NSCLC) response to gefitinib is directly related to the occurrence of specific mutations in the EGFR TK domain, breast cancer patients cannot be selected for treatment with gefitinib on the same basis as such EGFR mutations have been reported neither in primary breast carcinomas nor in several breast cancer cell lines. Alternatively, there is a general agreement on the hypothesis that the occurrence of molecular alterations that activate transduction pathways downstream of EGFR (i.e., MEK1/MEK2 - ERK1/2 MAPK and PI-3'K - AKT growth/survival signaling cascades) significantly affect the response to EGFR TKIs in breast carcinomas. However, there are no studies so far addressing a role of EGF-related ligands as intrinsic breast cancer cell modulators of EGFR TKI efficacy. We recently monitored gene expression profiles and sub-cellular localization of HER-1/-2/-3/-4 related ligands (i.e., EGF, amphiregulin, transforming growth factor-α, ß-cellulin, epiregulin and neuregulins) prior to and after gefitinib treatment in a panel of human breast cancer cell lines. First, gefitinibinduced changes in the endogenous levels of EGF-related ligands correlated with the natural degree of breast cancer cell sensitivity to gefitinib. While breast cancer cells intrinsically resistant to gefitinib (IC50 ≥15 μM) markedly up-regulated (up to 600 times) the expression of genes codifying for HERspecific ligands, a significant down-regulation (up to 106 times) of HER ligand gene transcription was found in breast cancer cells intrinsically sensitive to gefitinib (IC50 ≤1 μM). Second, loss of HER1 function differentially regulated the nuclear trafficking of HER-related ligands. While gefitinib treatment induced an active import and nuclear accumulation of the HER ligand NRG in intrinsically gefitinib-resistant breast cancer cells, an active export and nuclear loss of NRG was observed in intrinsically gefitinib-sensitive breast cancer cells. In summary, through in vitro and pharmacodynamic studies we have learned that, besides mutations in the HER1 gene, oncogenic changes downstream of HER1 are the key players regulating gefitinib efficacy in breast cancer cells. It now appears that pharmacological inhibition of HER1 function also leads to striking changes in both the gene expression and the nucleo-cytoplasmic trafficking of HER-specific ligands, and that this response correlates with the intrinsic degree of breast cancer sensitivity to the EGFR TKI gefitinib. The relevance of this previously unrecognized intracrine feedback to gefitinib warrants further studies as cancer cells could bypass the antiproliferative effects of HER1-targeted therapeutics without a need for the overexpression and/or activation of other HER family members and/or the activation of HER-driven downstream signaling cascades

Oestrogenic activity of benzyl salicylate, benzyl benzoate and butylphenylmethylpropional (Lilial) in MCF7 human breast cancer cells in vitro

Benzyl salicylate, benzyl benzoate and butylphenylmethylpropional (Lilial) are added to bodycare cosmetics used around the human breast. We report here that all three compounds possess oestrogenic activity in assays using the oestrogen-responsive MCF7 human breast cancer cell line. At 3 000 000-fold molar excess, they were able to partially displace [H-3]oestradiol from recombinant human oestrogen receptors ER alpha and ER beta, and from cytosolic ER of MCF7 cells. At concentrations in the range of 5 x 10(-5) to 5 x 10(-4) M, they were able to increase the expression of a stably integrated oestrogen-responsive reporter gene (ERE-CAT) and of the endogenous oestrogen-responsive pS2 gene in MCF7 cells, albeit to a lesser extent than with 10(-8) M 17 beta-oestradiol. They increased the proliferation of oestrogen-dependent MCF7 cells over 7 days, which could be inhibited by the antioestrogen fulvestrant, suggesting an ER-mediated mechanism. Although the extent of stimulation of proliferation over 7 days was lower with these compounds than with 10(-8) M 17 beta-oestradiol, given a longer time period of 35 days the extent of proliferation with 10(-4) M benzyl salicylate, benzyl benzoate or butylphenylmethylpropional increased to the same magnitude as observed with 10(-8) M 17 beta-oestradiol over 14 days. This demonstrates that benzyl salicylate, benzyl benzoate and butylphenylmethylpropional are further chemical components of cosmetic products which give oestrogenic responses in a human breast cancer cell line in culture. Further research is now needed to investigate whether oestrogenic responses are detectable using in vivo models and the extent to which these compounds might be absorbed through human skin and might enter human breast tissues. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Use of global gene expression patterns in mechanistic studies of oestrogen action in MCF7 human breast cancer cells

Over the years, the MCF7 human breast cancer cell line has provided a model system for the study of cellular and molecular mechanisms in oestrogen regulation of cell proliferation and in progression to oestrogen and antioestrogen independent growth. Global gene expression profiling has shown that oestrogen action in MCF7 cells involves the coordinated regulation of hundreds of genes across a wide range of functional groupings and that more genes are down regulated than upregulated. Adaptation to long-term oestrogen deprivation, which results in loss of oestrogen-responsive growth, involves alterations to gene patterns not only at early time points (0-4 weeks) but continuing through to later times (20-55 weeks), and even involves alterations to patterns of oestrogen-regulated gene expression. Only 48% of the genes which were regulated >= 2-fold by oestradiol in oestrogen-responsive cells retained this responsiveness after long-term oestrogen deprivation but other genes developed de novo oestrogen regulation. Long-term exposure to fulvestrant, which resulted in loss of growth inhibition by the antioestrogen, resulted in some very large fold changes in gene expression up to 10,000-fold. Comparison of gene profiles produced by environmental chemicals with oestrogenic properties showed that each ligand gave its own unique expression profile which suggests that environmental oestrogens entering the human breast may give rise to a more complex web of interference in cell function than simply mimicking oestrogen action at inappropriate times. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Comparative study of oestrogenic properties of eight phytoestrogens in MCF7 human breast cancer cells

Previous studies have compared the oestrogenic properties of phytoestrogens in a wide variety of disparate assays. Since not all phytoestrogens have been tested in each assay, this makes inter-study comparisons and ranking oestrogenic potency difficult. In this report, we have compared the oestrogen agonist and antagonist activity of eight phytoestrogens (genistein, daidzein, equol, miroestrol, deoxymiroestrol, 8-prenylnaringenin, coumestrol and resveratrol) in a range of assays all based within the same receptor and cellular context of the MCF7 human breast cancer cell line. The relative binding of each phytoestrogen to oestrogen receptor (ER) of MCF7 cytosol was calculated from the molar excess needed for 50 % inhibition of [H-3]oestradiol binding (IC50), and was in the order coumestrol (35x)/8-prenylnaringenin (45 x)/deoxymiroestrol (50 x) > miroestrol (260x) > genistein (1000x) > equol (4000x) > daidzein (not achieved: 40 % inhibition at 10(4)-fold molar excess) > resveratrol (not achieved: 10 % inhibition at 10(5)-fold molar excess). For cell-based assays, the rank order of potency (estimated in terms of the concentration needed to achieve a response equivalent to 50 % of that found with 17 beta-oestradiol (IC50)) remained very similar for all the assays whether measuring ligand ability to induce a stably transfected oestrogen-responsive ERE-CAT reporter gene, cell growth in terms of proliferation rate after 7 days or cell growth in terms of saturation density after 14 days. The IC50 values for these three assays in order were for 17 beta-oestradiol (1 x 10-(11) M, 1 x 10-(11) M, 2 x 10(-11) M), and in rank order of potency for the phytoestrogens, deoxymiroestrol (1 x 10(-10) M, 3 x 10(-11) M, 2 x 10(-11) M) > miroestrol (3 x 10(-10) M, 2 x 10(-11) M, 8 x 10(-11) M) > 8-prenylnaringenin (1 x 10(-9) M, 3 x 10(-10) M, 3 x 10(-10) M) > cournestrol (3 x 10(-8) M, 2 x 10(-8) M, 3 x 10(-8) M) > genistein (4 x 10(-8) M, 2 x 10(-8) M, 1 x 10(-8) M)/equol (1 x 10(-7) M, 3 x 10(-8) M, 2 x 10(-8) M) > daidzein (3 x 10(-7) M, 2 x 10(-7) M, 4 x 10(-8) M) > resveratrol (4 x 10(-6) M, not achieved, not achieved). Despite using the same receptor context of the MCF7 cells, this rank order differed from that determined from receptor binding. The most marked difference was for cournestrol and 8-prenylnaringenin which both displayed a relatively potent ability to displace [3H]oestradiol from cytosolic ER compared with their much lower activity in the cell-based assays. Albeit at varying concentrations, seven of the eight phytoestrogens (all except resveratrol) gave similar maximal responses to that given by 17 beta-oestradiol in cell-based assays which makes them full oestrogen agonists. We found no evidence for any oestrogen antagonist action of any of these phytoestrogens at concentrations of up to 10(-6) M on either reporter gene induction or on stimulation of cell growth. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The role of voltage gated T-type Ca2+ channel isoforms in mediating "capacitative" Ca2+ entry in cancer cells

The mechanism by which Ca2+ enters electrically non-excitable cells is unclear. The sensitivity of the Ca2+ entry pathway in electrically non-excitable cells to inhibition by extracellular Ni2+ was used to direct the synthesis of a library of simple, novel compounds. These novel compounds inhibit Ca2+ entry into and, consequently, proliferation of several cancer cell lines. They showed stereoselective inhibition of proliferation and Ca2+ influx with identical stereoselective inhibition of heterologously expressed Cav3.2 isoform of T-type Ca2+ channels. Proliferation of human embryonic kidney (HEK)293 cells transfected with the Cav3.2 Ca2+ channel was also blocked. Cancer cell lines sensitive to our compounds express message for the Cav3.2 T-type Ca2+ channel isoform, its delta25B splice variant, or both, while a cell line resistant to our compounds does not. These observations raise the possibility that clinically useful drugs can be designed based upon the ability to block these Ca2+ channels.

DNA cleavage and antitumour activity of platinum(II) and copper(II) compounds derived from 4-methyl-2-N-(2-pyridylmethyl)aminophenol: spectroscopic, electrochemical and biological investigation

The reaction of the redox-active ligand, Hpyramol (4-methyl-2-N-(2-pyridylmethyl)aminophenol) with K2PtCl4 yields monofunctional square-planar [Pt(pyrimol)Cl], PtL-Cl, which was structurally characterised by single-crystal X-ray diffraction and NMR spectroscopy. This compound unexpectedly cleaves supercoiled double-stranded DNA stoichiometrically and oxidatively, in a non-specific manner without any external reductant added, under physiological conditions. Spectro-electrochemical investigations of PtL-Cl were carried out in comparison with the analogue CuL-Cl as a reference compound. The results support a phenolate oxidation, generating a phenoxyl radical responsible for the ligand-based DNA cleavage property of the title compounds. Time-dependent in vitro cytotoxicity assays were performed with both PtL-Cl and CuL-Cl in various cancer cell lines. The compound CuL-Cl overcomes cisplatin-resistance in ovarian carcinoma and mouse leukaemia cell lines, with additional activity in some other cells. The platinum analogue, PtL-Cl also inhibits cell-proliferation selectively. Additionally, cellular-uptake studies performed for both compounds in ovarian carcinoma cell lines showed that significant amounts of Pt and Cu were accumulated in the A2780 and A2780R cancer cells. The conformational and structural changes induced by PtL-Cl and CuL-Cl on calf thymus DNA and phi X174 supercoiled phage DNA at ambient conditions were followed by electrophoretic mobility assay and circular dichroism spectroscopy. The compounds induce extensive DNA degradation and unwinding, along with formation of a monoadduct at the DNA minor groove. Thus, hybrid effects of metal-centre variation, multiple DNA-binding modes and ligand-based redox activity towards cancer cell-growth inhibition have been demonstrated. Finally, reactions of PtL-Cl with DNA model bases (9-Ethylguanine and 5'-GMP) followed by NMR and MS showed slow binding at Guanine-N7 and for the double stranded self complimentary oligonucleotide d(GTCGAC)(2) in the minor groove.

Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer

Oxygen-free radicals, more generally known as reactive oxygen species (ROS) along with reactive nitrogen species (RNS) are well recognised for playing a dual role as both deleterious and beneficial species. The "two-faced" character of ROS is substantiated by growing body of evidence that ROS within cells act as secondary messengers in intracellular signalling cascades, which induce and maintain the oncogenic phenotype of cancer cells, however, ROS can also induce cellular senescence and apoptosis and can therefore function as anti-tumourigenic species. The cumulative production of ROS/RNS through either endogenous or exogenous insults is termed oxidative stress and is common for many types of cancer cell that are linked with altered redox regulation of cellular signalling pathways. Oxidative stress induces a cellular redox imbalance which has been found to be present in various cancer cells compared with normal cells; the redox imbalance thus may be related to oncogenic stimulation. DNA mutation is a critical step in carcinogenesis and elevated levels of oxidative DNA lesions (8-OH-G) have been noted in various tumours, strongly implicating such damage in the etiology of cancer. It appears that the DNA damage is predominantly linked with the initiation process. This review examines the evidence for involvement of the oxidative stress in the carcinogenesis process. Attention is focused on structural, chemical and biochemical aspects of free radicals, the endogenous and exogenous sources of their generation, the metal (iron, copper, chromium, cobalt, vanadium, cadmium, arsenic, nickel)-mediated formation of free radicals (e.g. Fenton chemistry), the DNA damage (both mitochondrial and nuclear), the damage to lipids and proteins by free radicals, the phenomenon of oxidative stress, cancer and the redox environment of a cell, the mechanisms of carcinogenesis and the role of signalling cascades by ROS; in particular. ROS activation of AP-1 (activator protein) and NF-kappa B (nuclear factor kappa B) signal transduction pathways, which, in turn lead to the transcription of genes involved in cell growth regulatory pathways. The role of enzymatic (superoxide dismutase (Cu. Zn-SOD. Mn-SOD), catalase, glutathione peroxidase) and non-enzymatic antioxidants (Vitamin C, Vitamin E, carotenoids, thiol antioxidants (glutathione, thioredoxin and lipoic acid), flavonoids, selenium and others) in the process of careinogenesis as well as the antioxidant interactions with various regulatory factors, including Ref-1, NF-kappa B, AP-1 are also reviewed. 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Novel titanocene anti-cancer drugs and their effect on apoptosis and the apoptotic pathway in prostate cancer cells

Advanced prostate cancer is not curable by current treatment strategies indicating a significant need for new chemotherapeutic options. Highly substituted ansatitanocene compounds have shown promising cytotoxic activity in a range of cancers. The objectives of this study are to examine the effects of these titanocene compounds on prostate cancer cells. Prostate cell lines were treated with three novel titanocene compounds and compared to titanocene dichloride and cisplatin. Percent apoptosis, viability and cell cycle were assessed using propidium iodide DNA incorporation with flow cytometry. Cytochrome C was assessed by western blotting of mitochondrial and cytoplasmic fractions. Apoptosis Inducing Factor was assessed by confocal microscopy. These novel compounds induced more apoptosis compared to cisplatin in a dose dependent manner. Compound Y had the most significant effect on cell cycle and apoptosis. Despite the release of cytochrome C from the mitochondrial fraction there was no inhibition of apoptosis with the pan caspase inhibitor, ZVAD-FMK. AIF was shown to translocate from the cytosol to the nucleus mediating a caspase independent cell death. Bcl-2 over expressing PC-3 cells, which were resistant to cisplatin induced apoptosis, underwent apoptosis following treatment with all the titanocene compounds. This study demonstrates possible mechanisms by which these novel titanocene compounds can mediate their apoptotic effect in vitro. The fact that they can induce more apoptosis than cisplatin in advanced cancer cell lines would confer an advantage over cisplatin. They represent exciting new agents with future potential for the treatment of advanced prostate cancer.

Diallyl disulphide, a beneficial component of garlic oil, causes a redistribution of cell-cycle growth phases, induces apoptosis and enhances butyrate-induced apoptosis in colorectal adenocarcinoma cells (HT-29)

Colon cancer is a leading and expanding cause of death worldwide. A major contributory factor to this disease is diet composition; some components are beneficial (e.g. dietary fibre) whilst others are detrimental (e.g. alcohol). Garlic oil is a prominent dietary constituent that prevents the development of colorectal cancer. This effect is believed to be mainly due to diallyl disulphide (DADS), which selectively induces redox stress in cancerous (rather than normal) cells which leads to apoptotic cell death. However, the detailed mechanism by which DADS causes apoptosis remains unclear. We show that DADS-treatment of colonic adenocarcinoma cells (HT-29) initiates a cascade of molecular events characteristic of apoptosis. These include a decrease in cellular proliferation, translocation of phosphatidylserine to the plasma-membrane outer-layer, activation of caspase-3, genomic-DNA fragmentation and G2/M phase cell-cycle arrest. Short-chain fatty acids (SCFAs), particularly butyrate (abundantly produced in the gut by bacterial fermentation of dietary polysaccharides), enhance colonic cell integrity but, in contrast, inhibit colonic-cancer cell growth. Combining DADS with butyrate augmented the effect of butyrate on HT-29 cells. These results suggest that the anti-cancerous properties of DADS afford greater benefit when supplied with other favourable dietary factors (SCFA/polysaccharides) that likewise reduce colonic tumour development.

Molecular mechanisms of oestrogen action on growth of human breast cancer cells in culture

Growth responses to oestrogen can be reproducibly obtained using a selection of oestrogen-receptor-containing human breast cancer cell lines, and molecular mechanisms have been shown to include modulation to growth factor/receptor/signalling pathways, cell-cycle proteins, apoptosis, differentiation, adhesion, motility and migration. Considerable progress has been made in understanding the molecular basis of oestrogen action on gene expression through the ligand-activated transcription factors human oestrogen receptor α (ERα) and ERβ and the resulting effects on global gene expression patterns, but the full profile of coordination of the alterations, which brings about changes in cell growth through genomic and non-genomic mechanisms remain to be fully elucidated. Oestrogen regulation of cell growth involves a complex cross-talk between oestrogen receptor and growth factor signalling pathways such that inhibition of one pathway may lead to stimulation of another, which may explain the remarkable ability of human breast cancer cells to escape from any mode of imposed growth inhibition be it oestrogen deprivation or administration of antioestrogen. Although studies on cell growth have focused to date on the effects of physiological oestrogens, many hundreds of environmental chemicals with oestrogenic properties have now been measured in the human breast. Whether or not the weight of evidence eventually establishes any causal link of complex mixtures of environmental oestrogenic chemicals with breast cancer, the presence of so many oestrogenic chemicals in the breast must influence resulting oestrogenic responses, and the impact of this additional oestrogenic burden needs to be taken into account in future studies on growth regulation of human breast cancer cells.