Biological ageing and colorectal cancer: fetuin A, sirtuins and telomeres at the interface between inflammation, metabolism and cancer

Colorectal cancer is a common, age-associated disease with significant comorbidity and mortality. Biomarkers of ageing may have prognostic or predictive value in colorectal cancer. Fetuin A, members of the sirtuin family of proteins and telomeres have shown promise as potential biomarkers of ageing. AIM: To evaluate these potential biomarkers in the context of colorectal cancer. METHODS: Two cohorts of patients were used. Telomere length was measured in peripheral blood leukocytes (PBL), and for a subset of patients, in normal colorectal and colorectal tumour tissue. Serum fetuin A was measured for these patients and data on clinico-pathological factors of accepted significance in colorectal cancer was collected prospectively. Telomere length in the matched samples of leukocytes, normal colorectal and colorectal tumour tissue was compared. Associations between telomere length in the different tissues, serum fetuin A and clinico-pathological factors of accepted significance in colorectal cancer were evaluated. A systematic review of the literature was performed to examine the evidence for correlation between telomere length in different tissues in humans. Tissue from colorectal tumours from the second cohort patients was mounted in a tissue microarray (TMA) and stained for sirtuin proteins (SIRT2-SIRT7). This TMA also contained tissue from a subset of matched samples of adjacent normal colorectal mucosa. Staining of normal colorectal and colorectal tumour tissue was evaluated by the weighted Histoscore method and compared. The effect of staining in tumour tissue on cancer-specific survival was examined. Associations between Histoscores and clinico-pathological factors of accepted significance in colorectal cancer were assessed. RESULTS: Systematic review of the literature did not show robust evidence of correlation between telomere length in different tissues in humans. Telomere length in peripheral blood leukocytes did not show correlation with telomere length in normal colorectal mucosa, or in colorectal tumour tissue. PBL telomere length was potentially related to the presence of distant metastases. Fetuin A was inversely associated with markers of systemic inflammation and with T stage. Novel nuclear localisation was described for SIRT4 and SIRT5. Protein expression of the sirtuins was reduced in tumour tissue in comparison to normal colorectal mucosa, apart from SIRT3 cytoplasmic and nuclear and SIRT6 nuclear stainng. Lowest and highest quartile SIRT2 expression was associated with worse survival. Sirtuin protein expression levels and localisation correlate with increased systemic inflammation and pathological markers of poor prognosis in tumour tissue. Intercorrelations between sirtuin expression levels in normal tissue are not seen in tumour tissue, possibly indicating a breakdown of signalling and control.

A New Mouse Model That Spontaneously Develops Chronic Liver Inflammation and Fibrosis

Here we characterize a new animal model that spontaneously develops chronic inflammation and fibrosis in multiple organs, the non-obese diabetic inflammation and fibrosis (N-IF) mouse. In the liver, the N-IF mouse displays inflammation and fibrosis particularly evident around portal tracts and central veins and accompanied with evidence of abnormal intrahepatic bile ducts. The extensive cellular infiltration consists mainly of macrophages, granulocytes, particularly eosinophils, and mast cells. This inflammatory syndrome is mediated by a transgenic population of natural killer T cells (NKT) induced in an immunodeficient NOD genetic background. The disease is transferrable to immunodeficient recipients, while polyclonal T cells from unaffected syngeneic donors can inhibit the disease phenotype. Because of the fibrotic component, early on-set, spontaneous nature and reproducibility, this novel mouse model provides a unique tool to gain further insight into the underlying mechanisms mediating transformation of chronic inflammation into fibrosis and to evaluate intervention protocols for treating conditions of fibrotic disorders.

Glycemic index role on visceral obesity, subclinical inflammation and associated chronic diseases

Background: It is believed that the glycemic index (GI) may be used as a strategy to prevent and control noncommunicable diseases (NCD). Obesity is a multifactorial condition, a risk factor for development of other NCDs. Among the different types, abdominal obesity is highlighted, which is essential for the diagnosis of metabolic syndrome, and it is related to insulin resistance, dyslipi-demia, hypertension and changes in levels of inflammatory markers. Such indicators are closely related to the development of Type 2 Diabetes and cardiovascular disease. Objectives: Discuss the role of GI as a strategy for the prevention and/or treatment of visceral obesity, subclinical inflammation and chronic diseases. Results and discussion: The intake of low GI diets is associated with glycemic decreases, and lower and more consistent postprandial insulin release, avoiding the occurrence of hypoglycemia. Moreover, consumption of a low GI diet has been indicated as beneficial for reducing body weight, total body fat and visceral fat, levels of proinflammatory markers and the occurrence of dyslipidemia and hypertension. The intake of low GI foods should be encouraged in order to prevent and control non-communicable diseases.

Non-invasive monitoring of changes in exhaled markers of airway inflammation in Thoroughbred racehorses

Exhaled breath (EB) and exhaled breath condensate (EBC) contain numerous volatile gases and a wide-array of non-volatile compounds, several of which have been investigated as markers of lower airway inflammation in human and veterinary medicine and have been used to diagnose and monitor diseases associated with pulmonary inflammation. The identification of reliable biomarkers within EB and EBC is an active research focus with the common goal of establishing non-invasive and repeatable assessment of respiratory health and disease in mammals. The application of EB and EBC analysis holds considerable appeal in the investigation of respiratory disease in Thoroughbred racehorses, as inflammatory airway disease (IAD) is a common cause for poor performance in this population of animals. This study documented that EB and EBC samples can be safely collected from Thoroughbred racehorses in their own environment, without adverse effect or interference with the horse’s training regimen. The use of off-line collection and analysis of exhaled gases via chemiluminescence is suitable for the measurement of exhaled carbon monoxide, but is not appropriate for analyzing exhaled nitric oxide in horses. Significant changes in the concentration of exhaled CO and the pH of EBC occurred in response to strenuous exercise and when exercising in different environmental temperatures. Exhaled CO was associated with tracheal mucus score (and the number of neutrophils in the mucus) and EBC pH was significantly different in horses with evidence of neutrophilic IAD compared to horses without IAD. Numerous physiological and environmental variables were identified as confounding factors in the assessment of both exhaled CO and EBC pH, with respiratory rate prior to EB collection, and during EBC collection, consistently identified as an explanatory variable influencing the concentration of exhaled biomarkers. Further studies in EB and EBC analysis in horses need to focus on objectively accounting for key respiratory dynamics during sample collection.

Augmentation de l’absorption intestinale à l’aide de promédicaments se liant aux gangliosides GM1

Le but de ce projet est de développer une approche biomimétique pour augmenter l'absorption de molécules actives peu perméables. Cette approche réplique le mécanisme d'internalisation de la toxine du choléra par sa liaison au récepteur GM1 à la surface des cellules intestinales. La technologie proposée est de synthétiser des promédicaments composés d'une molécule active, d'un espaceur et d'un peptide ayant de l'affinité pour le GM1. Les hypothèses de ce projet sont que le peptide faisant partie du promédicament augmentera l'absorption intestinale de médicaments peu perméables et que le complexe sera métabolisé rapidement après son absorption. Des prototypes de promédicaments ont été synthétisés et des essais de stabilité, d'affinité et de perméabilité sur les peptides et les promédicaments ont été développés et réalisés. Les résultats de cette étude ont démontré la possibilité de synthétiser des promédicaments à partir d'un peptide liant le GM1 et d'une molécule thérapeutique ayant une faible biodisponibilité. Les essais de stabilité, d'affinité et de perméabilité ont été optimisés et implémentés avec succès. Les études in vitro initiales ont rapporté des résultats prometteurs concernant les propriétés de liaison du peptide utilisé et d'un des promédicaments préparés. Par contre, les résultats des essais de stabilité ont montré un métabolisme partiel des promédicament dans le plasma ainsi qu'une instabilité des solutions mères. De plus, les essais de perméabilité se sont avérés non concluants. Les prochaines études porteront sur la préparation de nouveaux promédicaments par une approche similaire ainsi que sur l'investigation du mécanisme d'internalisation du peptide.

Immune function, gene expression, blood indices and performance in transition dairy cows affected by diet and inflammation

The transition period is associated with the peak incidence of production problems, metabolic disorders and infectious diseases in dairy cows (Drackley, 1999). During this time the cow’s immune system seems to be weakened; it is apparent that metabolic challenges associated with the onset of lactation are factors capable of affecting immune function. However, the reasons for this state are not entirely clear (Goff, 2006). The negative energy balance associated with parturition leads to extensive mobilization of fatty acids stored in adipose tissue, thus, causing marked elevations in blood non-esterified fatty acids (NEFA) and B-hydroxybutyrate (BHBA) concentrations (Drackley et al., 2001). Prepartal level of dietary energy can potentially affect adipose tissue deposition and, thus, the amount of NEFA released into blood and available for metabolism in liver (Drackley et al., 2005). The current feeding practices for pregnant non-lactating cows has been called into question because increasing amounts of moderate-to-high energy diets (i.e. those more similar to lactation diets in the content of energy) during the last 3 wk postpartum have largely failed to overcome peripartal health problems, excessive body condition loss after calving, or declining fertility (Beever, 2006). Current prepartal feeding practices can lead to elevated intakes of energy, which can increase fat deposition in the viscera and upon parturition lead to compromised liver metabolism (Beever, 2006, Drackley et al., 2005). Our general hypothesis was that overfeeding dietary energy during the dry period, accompanied by the metabolic challenges associated with the onset of lactation would render the cow’s immune function less responsive early postpartum. The chapters in this dissertation evaluated neutrophil function, metabolic and inflammation indices and gene expression affected by the plane of dietary energy prepartum and an early post-partum inflammatory challenge in dairy cows. The diet effect in this experiment was transcendental during the transition period and potentially during the entire lactation. Changes in energy balance were observed and provided a good model to study the challenges associated with the onset of lactation. Overall the LPS model provided a consistent response representing an inflammation incident; however the changes in metabolic indices were sudden and hard to detect in most of the cases during the days following the challenge. In general overfeeding dietary energy during the dry period resulted in a less responsive immune function during the early postpartum. In other words, controlling the dietary energy prepartum has more benefits for the dairy cow during transition.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Weight loss improves biomarkers endothelial function and systemic inflammation in obese postmenopausal Saudi women.

Background: Although postmenopausal associated disorders are important public health problems worldwide, to date limited studies evaluated the endothelial function and systemic inflammation response to weight loss in obese postmenopausal women. Objective: This study was done to evaluate the endothelial function and systemic inflammation response to weight loss in obese postmenopausal Saudi women. Material and methods: Eighty postmenopausal obese Saudi women (mean age 52.64±6.13 year) participated in two groups: Group (A) received aerobic exercise on treadmill and diet whereas, group (B) received no intervention. Markers of inflammation and endothelial function were measured before and after 3 months at the end of the study. Results: The values of body mass index(BMI), interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), C-reactive protein (CRP), inter-cellular adhesion molecule (ICAM-1), vascular cell adhesion molecule (VCAM-1) and plasminogen activator inhibitor- 1 activity (PAI-1:Ac) were significantly decreased in group (A), while changes were not significant in group (B). Also, there were significant differences between mean levels of the investigated parameters in group (A) and group (B) after treatment. Conclusion: Weight loss ameliorates inflammatory cytokines and markers of endothelial function in obese postmenopausal Saudi women.

Effects of 15d-PGJ(2)-loaded poly(D,L-lactide-co-glycolide) nanocapsules on inflammation

BACKGROUND and PURPOSEThe PPAR-gamma agonist 15d-PGJ(2) is a potent anti-inflammatory agent but only at high doses. To improve the efficiency of 15d-PGJ(2), we used poly(D,L-lactide-co-glycolide) nanocapsules to encapsulate it, and function as a drug carrier system. The effects of these loaded nanocapsules (15d-PGJ(2)-NC) on inflammation induced by different stimuli were compared with those of free 15d-PGJ(2).EXPERIMENTAL APPROACHMice were pretreated (s.c.) with either 15d-PGJ(2)-NC or unloaded 15d-PGJ(2) (3, 10 or 30 mu g center dot kg-1), before induction of an inflammatory response by i.p. injection of either endotoxin (LPS), carrageenan (Cg) or mBSA (immune response).KEY RESULTSThe 15d-PGJ(2)-NC complex did not display changes in physico-chemical parameters or drug association efficiency over time, and was stable for up to 60 days of storage. Neutrophil migration induced by i.p. administration of LPS, Cg or mBSA was inhibited by 15d-PGJ(2)-NC, but not by unloaded 15d-PGJ(2). In the Cg model, 15d-PGJ(2)-NC markedly inhibited serum levels of the pro-inflammatory cytokines TNF-alpha, IL-1 beta and IL-12p70. Importantly, 15d-PGJ(2)-NC released high amounts of 15d-PGJ(2), reaching a peak between 2 and 8 h after administration. 15d-PGJ(2) was detected in mouse serum after 24 h, indicating sustained release from the carrier. When the same concentration of unloaded 15d-PGJ(2) was administered, only small amounts of 15d-PGJ(2) were found in the serum after a few hours.CONCLUSIONS and IMPLICATIONSThe present findings clearly indicate the potential of the novel anti-inflammatory 15d-PGJ(2) carrier formulation, administered systemically. The formulation enables the use of a much smaller drug dose, and is significantly more effective compared with unloaded 15d-PGJ(2).

Effects of Tityus serrulatus scorpion venom on lung mechanics and inflammation in mice

The present study evaluated the effects of an intramuscular injection of Tityus serrulatus venom (TsV) (0.67 mu g/g) on lung mechanics and lung inflammation at 15, 30, 60 and 180 min after inoculation. TsV inoculation resulted in increased lung elastance when compared with the control group (p < 0.001): these values were significantly higher at 60 min than at 15 and 180 min (p < 0.05). Resistive pressure (Delta P(1)) values decreased significantly at 30, 60 and 180 min after TsV injection (p < 0.001). TsV inoculation resulted in increased lung inflammation, characterised by an increased density of mononuclear cells at 15, 30, 60 and 180 min after TsV injection when compared with the control group (p < 0.001). TsV inoculation also resulted in an increased pulmonary density of polymorphonuclear cells at 15, 30 and 60 min following injection when compared to the control group (p < 0.001). In conclusion, T serrulatus venom leads to acute lung injury, characterised by altered lung mechanics and increased pulmonary inflammation. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Déterminer le rôle de C1orf106, un gène associé aux maladies inflammatoires de l’intestin

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32.