Establishing an EGFR mutation screening service for non-small cell lung cancer - sample quality criteria and candidate histological predictors.

INTRODUCTION: EGFR screening requires good quality tissue, sensitivity and turn-around time (TAT). We report our experience of routine screening, describing sample type, TAT, specimen quality (cellularity and DNA yield), histopathological description, mutation result and clinical outcome. METHODS: Non-small cell lung cancer (NSCLC) sections were screened for EGFR mutations (M+) in exons 18-21. Clinical, pathological and screening outcome data were collected for year 1 of testing. Screening outcome alone was collected for year 2. RESULTS: In year 1, 152 samples were tested, most (72%) were diagnostic. TAT was 4.9 days (95%confidence interval (CI)=4.5-5.5). EGFR-M+ prevalence was 11% and higher (20%) among never-smoking women with adenocarcinomas (ADCs), but 30% of mutations occurred in current/ex-smoking men. EGFR-M+ tumours were non-mucinous ADCs and 100% thyroid transcription factor (TTF1+). No mutations were detected in poorly differentiated NSCLC-not otherwise specified (NOS). There was a trend for improved overall survival (OS) among EGFR-M+ versus EGFR-M- patients (median OS=78 versus 17 months). In year 1, test failure rate was 19%, and associated with scant cellularity and low DNA concentrations. However 75% of samples with poor cellularity but representative of tumour were informative and mutation prevalence was 9%. In year 2, 755 samples were tested; mutation prevalence was 13% and test failure only 5.4%. Although samples with low DNA concentration (2.2 ng/μL), the mutation rate was 9.2%. CONCLUSION: Routine epidermal growth factor receptor (EGFR) screening using diagnostic samples is fast and feasible even on samples with poor cellularity and DNA content. Mutations tend to occur in better-differentiated non-mucinous TTF1+ ADCs. Whether these histological criteria may be useful to select patients for EGFR testing merits further investigation.

Refining the diagnosis and EGFR status of non-small cell lung carcinoma in biopsy and cytologic material, using a panel of mucin staining, TTF-1, cytokeratin 5/6, and P63, and EGFR mutation analysis.

INTRODUCTION: The dichotomization of non-small cell carcinoma (NSCLC) subtype into squamous (SQCC) and adenocarcinoma (ADC) has become important in recent years and is increasingly required with regard to management. The aim of this study was to determine the utility of a panel of commercially available antibodies in refining the diagnosis on small biopsies and also to determine whether cytologic material is suitable for somatic EGFR genotyping in a prospectively analyzed series of patients undergoing investigation for suspected lung cancer. METHODS: Thirty-two consecutive cases of NSCLC were first tested using a panel comprising cytokeratin 5/6, P63, thyroid transcription factor-1, 34betaE12, and a D-PAS stain for mucin, to determine their value in refining diagnosis of NSCLC. After this test phase, two further pathologists independently reviewed the cases using a refined panel that excluded 34betaE12 because of its low specificity for SQCC, and refinement of diagnosis and concordance were assessed. Ten cases of ADC, including eight derived from cytologic samples, were sent for EGFR mutation analysis. RESULTS: There was refinement of diagnosis in 65% of cases of NSCLC to either SQCC or ADC in the test phase. This included 10 of 13 cases where cell pellets had been prepared from transbronchial needle aspirates. Validation by two further pathologists with varying expertise in lung pathology confirmed increased refinement and concordance of diagnosis. All samples were adequate for analysis, and they all showed a wild-type EGFR genotype. CONCLUSION: A panel comprising cytokeratin 5/6, P63, thyroid transcription factor-1, and a D-PAS stain for mucin increases diagnostic accuracy and agreement between pathologists when faced with refining a diagnosis of NSCLC to SQCC or ADC. These small samples, even cell pellets derived from transbronchial needle aspirates, seem to be adequate for EGFR mutation analysis.

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.

The synthetic progestin norgestrel modulates Nrf2 signaling and acts as an antioxidant in a model of retinal degeneration

Retinitis pigmentosa (RP) is one of the most common retinal degenerative conditions affecting people worldwide, and is currently incurable. It is characterized by the progressive loss of photoreceptors, in which the death of rod cells leads to the secondary death of cone cells; the cause of eventual blindness. As rod cells die, retinal-oxygen metabolism becomes perturbed, leading to increased levels of reactive oxygen species (ROS) and thus oxidative stress; a key factor in the secondary death of cones. In this study, norgestrel, an FDA-approved synthetic analog of progesterone, was found to be a powerful neuroprotective antioxidant, preventing light-induced ROS in photoreceptor cells, and subsequent cell death. Norgestrel also prevented light-induced photoreceptor morphological changes that were associated with ROS production, and that are characteristic of RP. Further investigation showed that norgestrel acts via post-translational modulation of the major antioxidant transcription factor Nrf2; bringing about its phosphorylation, subsequent nuclear translocation, and increased levels of its effector protein superoxide dismutase 2 (SOD2). In summary, these results demonstrate significant protection of photoreceptor cells from oxidative stress, and underscore the potential of norgestrel as a therapeutic option for RP.

Generation and Characterisation of a Canine EGFP-HMGA2 Prostate Cancer In Vitro Model

The architectural transcription factor HMGA2 is abundantly expressed during embryonic development. In several malignant neoplasias including prostate cancer, high re-expression of HMGA2 is correlated with malignancy and poor prognosis. The let-7 miRNA family is described to regulate HMGA2 negatively. The balance of let-7 and HMGA2 is discussed to play a major role in tumour aetiology. To further analyse the role of HMGA2 in prostate cancer a stable and highly reproducible in vitro model system is precondition. Herein we established a canine CT1258-EGFP-HMGA2 prostate cancer cell line stably overexpressing HMGA2 linked to EGFP and in addition the reference cell line CT1258-EGFP expressing solely EGFP to exclude EGFP-induced effects. Both recombinant cell lines were characterised by fluorescence microscopy, flow cytometry and immunocytochemistry. The proliferative effect of ectopically overexpressed HMGA2 was determined via BrdU assays. Comparative karyotyping of the derived and the initial CT1258 cell lines was performed to analyse chromosome consistency. The impact of the ectopic HMGA2 expression on its regulator let-7a was analysed by quantitative real-time PCR. Fluorescence microscopy and immunocytochemistry detected successful expression of the EGFP-HMGA2 fusion protein exclusively accumulating in the nucleus. Gene expression analyses confirmed HMGA2 overexpression in CT1258-EGFP-HMGA2 in comparison to CT1258-EGFP and native cells. Significantly higher let-7a expression levels were found in CT1258-EGFP-HMGA2 and CT1258-EGFP. The BrdU assays detected an increased proliferation of CT1258-HMGA2-EGFP cells compared to CT1258-EGFP and native CT1258. The cytogenetic analyses of CT1258-EGFP and CT1258-EGFP-HMGA2 resulted in a comparable hyperdiploid karyotype as described for native CT1258 cells. To further investigate the impact of recombinant overexpressed HMGA2 on CT1258 cells, other selected targets described to underlie HMGA2 regulation were screened in addition. The new fluorescent CT1258-EGFP-HMGA2 cell line is a stable tool enabling in vitro and in vivo analyses of the HMGA2-mediated effects on cells and the development and pathogenesis of prostate cancer.

Soft tissue sarcoma: biology and therapeutic correlates

Soft tissue sarcomas (STS) comprise a heterogenenous group of greater than 50 malignancies of putative mesenchymal cell origin and as such they may arise in diverse tissue types in various anatomical locations throughout the whole body. Collectively they account for approximately 1% of all human malignancies yet have a spectrum of aggressive behaviours amongst their subtypes. They thus pose a particular challenge to manage and remain an under investigated group of cancers with no generally applicable new therapies in the past 40 years and an overall 5-year survival rate that remains stagnant at around 50%. From September 2000 to July 2006 I undertook a full time post-doctoral level research fellowship at the MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas, USA in the department of Surgical Oncology to investigate the biology of soft tissue sarcoma and test novel anti- sarcoma adenovirus-based therapy in the preclinical nude rat model of isolated limb perfusion against human sarcoma xenografts. This work, in collaboration with colleagues as indicated herein, led to a number of publications in the scientific literature furthering our understanding of the malignant phenotype of sarcoma and reported preclinical studies with wild-type p53, in a replication deficient adenovirus vector, and oncolytic adenoviruses administered by isolated limb perfusion. Additional collaborative and pioneering preclinical studies reported the molecular imaging of sarcoma response to systemically delivered therapeutic phage RGD-4c AAVP. Doxorubicin chemotherapy is the single most active broadly applicable anti-sarcoma chemotherapeutic yet only has an approximate 30% overall response rate with additional breakthrough tumour progression and recurrence after initial chemo-responsiveness further problematic features in STS management. Doxorubicin is a substrate for the multi- drug resistance (mdr) gene product p-glycoprotein drug efflux pump and exerts its main mode of action by induction of DNA double-strand breaks during the S-phase of the cell cycle. Two papers in my thesis characterise different aspects of chemoresistance in sarcoma. The first shows that wild-type p53 suppresses Protein Kinase Calpha (PKCα) phosphorylation (and activation) of p-glycoprotein by transcriptional repression of PKCα through a Sp-1 transcription factor binding site in its -244/-234 promoter region. The second paper demonstrates that Rad51 (a central mediator of homologous recombination repair of double strand breaks) has elevated levels in sarcoma and particularly in the S- G2 phase of the cell cycle. Suppression of Rad51 with small interfering RNA in sarcoma cell culture led to doxorubicin chemosensitisation. Reintroduction of wild-type p53 into STS cell lines resulted in decreased Rad51 protein and mRNA expression via transcriptional repression of the Rad51 promoter through increased AP-2 binding. In light of poor response rates to chemotherapy, escape from local control portends a poor prognosis for patients with sarcoma. Two papers in my thesis characterise aspects of sarcoma angiogenesis, invasion and metastasis. Human sarcoma samples were found to have high levels of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) with expression levels that correlated with p53 mutational status. MMP-9 is known to degrade extracellular collagen, contribute to the control of the angiogenic switch necessary in primary tumour progression and facilitate invasion and metastasis. Reconstitution of wild-type p53 function led to decreased levels of MMP-9 protein and mRNA as well as zymography-assessed MMP-9 proteolytic activity and decreased tumour cell invasiveness. Reintroduction of wild-type p53 into human sarcoma xenografts in-vivo decreased tumour growth and MMP-9 protein expression. Wild-type p53 was found to suppress mmp-9 transcription via decreased binding of NF-κB to its -607/-595 mmp-9 promoter element. Studies on the role of the VEGF165 in sarcoma found that sarcoma cells stably transfected with VEGF165 formed more aggressive xenografted tumours with increased vascularity, growth rate, metastasis, and resistance to chemotherapy. Use of the anti-VEGFR2 antibody DC101 enhanced doxorubicin sensitivity at sub-conventional dosing, inhibited tumour growth, decreased development of metastases, and reduced tumour micro-vessel density while increasing the vessel maturation index. These effects were explained primarily through effects on endothelial cells (e.c.s), rather than the tumour cells per se, where DC101 induced e.c. sensitivity to doxorubicin and suppressed e.c. production of MMPs. The p53 tumour suppressor pathway is the most frequently mutated pathway in sarcoma. Recapitulation of wild-type p53 function in sarcoma exerts a number of anti-cancer outcomes such as growth arrest, resensitisation to chemotherapy, suppression of invasion, and attenuation of angiogenesis. Using a modified nude rat-human sarcoma xenograft model for isolated limb perfusion (ILP) delivery of wild-type p53 in a replication deficient adenovirus vector I showed that functionally competent wild-type p53 could be delivered to and detected in human leiomyosarcoma xenografts confirming preclinical feasibility - although not efficacious due to low transgene expression. Viral fibre modification to express the RGD tripeptide motif led to greater viral uptake by sarcoma cells in vitro (transductional targeting) and changing the transgene promoter to a response element active in cells with active telomerase expression restricted the transgene expression to the tumour intracellular environment (transcriptional targeting). Delivery of the fibre-modified, selectively replication proficient oncolytic adenovirus Ad.hTC.GFP/ E1a.RGD by ILP demonstrated a more robust, and tumour-restricted, transgene expression with evidence of anti-sarcoma effect confirmed microscopically. Collaborative studies using the fibre modified phage RGD-4C AAVP confirmed that systemic delivery specifically, efficiently, and repeatedly targets human sarcoma xenografts, binds to αv integrins in tumours, and demonstrates a durable, though heterogeneous, transgene expression of 1-4 weeks. Incorporation of the Herpes Simplex Virus thymidine kinase (HSVtk) transgene into RGD-4C AAVP permitted CT-PET spatial and temporal molecular imaging in vivo of transgene expression and allowed quantification of tumour metabolic activity both before and after interval administration of a systemic cytotoxic with predictable and measurable response to treatment before becoming apparent clinically. These papers further the medical and scientific community’s understanding of the biology of soft tissue sarcoma and report preclinical studies with novel and promising anti- sarcoma therapeutics.

dachshund Potentiates Hedgehog Signaling during Drosophila Retinogenesis

Proper organ patterning depends on a tight coordination between cell proliferation and differentiation. The patterning of Drosophila retina occurs both very fast and with high precision. This process is driven by the dynamic changes in signaling activity of the conserved Hedgehog (Hh) pathway, which coordinates cell fate determination, cell cycle and tissue morphogenesis. Here we show that during Drosophila retinogenesis, the retinal determination gene dachshund (dac) is not only a target of the Hh signaling pathway, but is also a modulator of its activity. Using developmental genetics techniques, we demonstrate that dac enhances Hh signaling by promoting the accumulation of the Gli transcription factor Cubitus interruptus (Ci) parallel to or downstream of fused. In the absence of dac, all Hh-mediated events associated to the morphogenetic furrow are delayed. One of the consequences is that, posterior to the furrow, dac- cells cannot activate a Roadkill-Cullin3 negative feedback loop that attenuates Hh signaling and which is necessary for retinal cells to continue normal differentiation. Therefore, dac is part of an essential positive feedback loop in the Hh pathway, guaranteeing the speed and the accuracy of Drosophila retinogenesis.

MyT1 Counteracts the Neural Progenitor Program to Promote Vertebrate Neurogenesis

The generation of neurons from neural stem cells requires large-scale changes in gene expression that are controlled to a large extent by proneural transcription factors, such as Ascl1. While recent studies have characterized the differentiation genes activated by proneural factors, less is known on the mechanisms that suppress progenitor cell identity. Here, we show that Ascl1 induces the transcription factor MyT1 while promoting neuronal differentiation. We combined functional studies of MyT1 during neurogenesis with the characterization of its transcriptional program. MyT1 binding is associated with repression of gene transcription in neural progenitor cells. It promotes neuronal differentiation by counteracting the inhibitory activity of Notch signaling at multiple levels, targeting the Notch1 receptor and many of its downstream targets. These include regulators of the neural progenitor program, such as Hes1, Sox2, Id3, and Olig1. Thus, Ascl1 suppresses Notch signaling cell-autonomously via MyT1, coupling neuronal differentiation with repression of the progenitor fate.

REST is a hypoxia-responsive transcriptional repressor

Cellular exposure to hypoxia results in altered gene expression in a range of physiologic and pathophysiologic states. Discrete cohorts of genes can be either up- or down-regulated in response to hypoxia. While the Hypoxia-Inducible Factor (HIF) is the primary driver of hypoxia-induced adaptive gene expression, less is known about the signalling mechanisms regulating hypoxia-dependent gene repression. Using RNA-seq, we demonstrate that equivalent numbers of genes are induced and repressed in human embryonic kidney (HEK293) cells. We demonstrate that nuclear localization of the Repressor Element 1-Silencing Transcription factor (REST) is induced in hypoxia and that REST is responsible for regulating approximately 20% of the hypoxia-repressed genes. Using chromatin immunoprecipitation assays we demonstrate that REST-dependent gene repression is at least in part mediated by direct binding to the promoters of target genes. Based on these data, we propose that REST is a key mediator of gene repression in hypoxia.

Tumor-related splicing variant RAC1b in colorectal cancer: regulation and role in tumorigenesis

Purpose: Alternative splicing of the small GTPase RAC1 generates RAC1b, a hyperactivated variant that is overexpressed in a subtype of colorectal tumors. The objective of our studies is to understand the molecular regulation of this alternative splicing event and how it contributes to tumorigenesis. Experimental description: The regulation of the RAC1b splicing event in human colon cell lines was dissected using a transfected RAC1 minigene and the role of upstream regulating protein kinases through an RNA interference approach. The functional properties of the RAC1b protein were characterized by experimental modulation of Rac1b levels in colon cell lines. Results: The RAC1b protein results from an in-frame inclusion of an additional alternative exon encoding 19 amino acids that change the regulation and signaling properties of the protein. RAC1b is a hyperactive variant that exists predominantly in the GTP-bound active conformation in vivo and promotes cell cycle progression and cell survival through activation of the transcription factor NF-κB. RAC1b overexpression functionally cooperates with the oncogenic mutation in BRAF-V600E to sustain colorectal tumor cell survival. The splicing factor SRSF1 was identified to bind an exonic splice enhancer element in the alternative exon and acts as a prime regulator of Rac1b alternative splicing in colorectal cells. SRSF1 is controlled by upstream protein kinase SRPK1, the inhibition or depletion of which led to reduced SRSF1 phosphorylation and nuclear translocation with a concomitant reduction in RAC1b levels. As further SRSF1-regulating pathways we discovered kinase GSK3 and a cyclooxygenase independent effect of the non-steroidal anti-inflammatory drug ibuprofen. Conclusions: Expression of tumor-related RAC1b in colorectal cancer depends critically on SRSF1 for the observed deregulation of alternative splicing during tumorigenesis and is controlled by upstream protein kinases that can be pharmacologically targeted.

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.

Studying the role of the strawberry Fra protein family in the flavonoid metabolism during fruit ripening

Strawberry fruits are highly appreciated worldwide due to their pleasant flavor and aroma and to the health benefits associated to their consumption. An important part of these properties is due to their content in secondary metabolites, especially phenolic compounds, of which flavonoids are the most abundant in the strawberry fruit. Although the flavonoid biosynthesis pathway is uncovered, little is known about its regulation. The strawberry Fra a (Fra) genes constitute a large family of homologs of the major birch pollen allergen Bet v 1 and for which no equivalents exist in Arabidopsis. Our group has shown that Fra proteins are involved in the formation of colored compounds in strawberries (Muñoz et al., 2010), which mainly depends on the production of certain flavonoids; that they are structurally homologs to the PYR/PYL/RCAR Arabidopsis ABA receptor, and that they are able to bind flavonoids (Casañal et al., 2013). With these previous results, our working hypothesis is that the Fra proteins are involved in the regulation of the flavonoids pathway. They would mechanistically act as the ABA receptor, binding a protein interactor and a ligand to regulate a signaling cascade and/or act as molecular carriers. The main objective of this research is to characterize the Fra family in strawberry and gain insight into their role in the flavonoid metabolism. By RNAseq expression analysis in ripening fruits we have identified transcripts for 10 members of the Fra family. Although expressed in all tissues analyzed, each family member presents a unique pattern of expression, which suggests functional specialization for each Fra protein. Then, our next approach was to identify the proteins that interact with Fras and their ligands to gain knowledge on the role that these proteins play in the flavonoids pathway. To identify the interacting partners of Fras we have performed a yeast two hybrid (Y2H) screening against cDNA libraries of strawberry fruits at the green and red stages. A protein that shares a 95% homology to the Heat stress transcription factor A-4-C like of Fragaria vesca (HSA4C) interacts specifically with Fra1 and not with other family members, which suggests functional diversification of Fra proteins in specific signaling pathways. The Y2H screening is not yet saturated, so characterization of other interacting proteins with other members of the Fra family will shed light on the functional diversity within this gene family. This research will contribute to gain knowledge on how the flavonoid pathway, and hence, the fruit ripening, is regulated in strawberry; an economically important crop but for which basic research is still very limited. References: Muñoz, C, et al. (2010). The Strawberry Fruit Fra a Allergen Functions in Flavonoid Biosynthesis. Molecular Plant, 3(1): 113–124. Casañal, A, et al (2013). The Strawberry Pathogenesis-related 10 (PR-10) Fra a Proteins Control Flavonoid Biosynthesis by Binding Metabolic Intermediates. Journal of Biological Chemistry, 288(49): 35322–35332.

Activité physique et récompense : impact de la leptine et de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques

La course d’endurance active le système de récompense (SR) et est reliée aux comportements de recherche alimentaire. L’influence de la leptine sur l’activité physique (AP) volontaire est bien documentée d’un point de vue physiologique, mais très peu en termes d’impact hédonique. La leptine inhibe l’effet récompensant lié à la consommation de nourriture et joue un rôle semblable pour d’autres types de stimuli. La leptine s’arrime à la forme longue du récepteur à la leptine (Leprb) situé sur les neurones à dopamine (DA) et GABA de l’aire tegmentale ventrale (ATV) dans le mésencéphale. Signal transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) est un facteur de transcription important de la cascade de signalisation de la leptine. La phosphorylation de STAT3 n’est détectée que dans une parcelle des neurones DA positifs pour le Leprb, conférant aux neurones DA STAT3-spécifiques des caractéristiques uniques. Nous avons généré un modèle murin invalidé pour STAT3 sélectivement dans les neurones DA (STAT3DAT-KO). La première expérience consistait à évaluer les paramètres métaboliques de base de notre modèle en utilisant les chambres métaboliques Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS), incluant l’activité ambulatoire, le ratio d’échanges respiratoires (RER) et la production de chaleur. Les STAT3DAT-KO sont hyperactives, démontré par une activité locomotrice augmentée, mais aucune variation entre les deux groupes n’est observée pour le RER et la production de chaleur, en plus d’un gain de poids identique. Une stratégie de récupération ciblant la réinsertion de STAT3 dans les neurones DA du système mésolimbique normalise l’AP anciennement plus élevée des STAT3DAT-KO à celle des contrôles, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines. L’injection d’un psychostimulant (agoniste du récepteur DA de type 1 (D1R), le Chloro-APB-Hydrobromide (SKF 82958)) reflète une fonction dopaminergique réduite chez les STAT3DAT-KO. Un test de recherche compulsive de nourriture révèle une suppression de la prise alimentaire chez les deux groupes expérimentaux. Nous démontrons pour la première fois que la motivation alliée à la course d’endurance, indépendamment de la régulation de la prise alimentaire par la leptine, est dépendant d’une signalisation leptine-STAT3 amoindrie dans les neurones DA du système mésolimbique, révélant STAT3 comme élément clé dans la régulation du tonus dopaminergique et des propriétés récompensantes de l’AP.

A case-only genome-wide association study of gender- and age-specific risk markers for childhood leukemia

Males and age group 1 to 5 years show a much higher risk for childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL). We performed a case-only genome-wide association study (GWAS), using the Illumina Infinium HumanCoreExome Chip, to unmask gender- and age-specific risk variants in 240 non-Hispanic white children with ALL recruited at Texas Children’s Cancer Center, Houston, Texas. Besides statistically most significant results, we also considered results that yielded the highest effect sizes. Existing experimental data and bioinformatic predictions were used to complement results, and to examine the biological significance of statistical results. ^ Our study identified novel risk variants for childhood ALL. The SNP, rs4813720 (RASSF2), showed the statistically most significant gender-specific associations (P < 2 x 10-6). Likewise, rs10505918 (SOX5) yielded the lowest P value (P < 1 x 10-5 ) for age-specific associations, and also showed the statistically most significant association with age-at-onset (P < 1 x 10-4). Two SNPs, rs12722042 and 12722039, from the HLA-DQA1 region yielded the highest effect sizes (odds ratio (OR) = 15.7; P = 0.002) for gender-specific results, and the SNP, rs17109582 (OR = 12.5; P = 0.006), showed the highest effect size for age-specific results. Sex chromosome variants did not appear to be involved in gender-specific associations. ^ The HLA-DQA1 SNPs belong to DQA1*01:07and confirmed previously reported male-specific association with DQA1*01:07. Twenty one of the SNPs identified as risk markers for gender- or age-specific associations were located in the transcription factor binding sites and 56 SNPs were non-synonymous variants, likely to alter protein function. Although bioinformatic analysis did not implicate a particular mechanism for gender- and age-specific associations, RASSF2 has an estrogen receptor-alpha binding site in its promoter. The unknown mechanisms may be due to lack of interest in gender- and age-specificity in associations. These results provide a foundation for further studies to examine the gender- and age-differential in childhood ALL risk. Following replication and mechanistic studies, risk factors for one gender or age group may have a potential to be used as biomarkers for targeted intervention for prevention and maybe also for treatment.^

Activité physique et récompense : impact de la leptine et de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques

La course d’endurance active le système de récompense (SR) et est reliée aux comportements de recherche alimentaire. L’influence de la leptine sur l’activité physique (AP) volontaire est bien documentée d’un point de vue physiologique, mais très peu en termes d’impact hédonique. La leptine inhibe l’effet récompensant lié à la consommation de nourriture et joue un rôle semblable pour d’autres types de stimuli. La leptine s’arrime à la forme longue du récepteur à la leptine (Leprb) situé sur les neurones à dopamine (DA) et GABA de l’aire tegmentale ventrale (ATV) dans le mésencéphale. Signal transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) est un facteur de transcription important de la cascade de signalisation de la leptine. La phosphorylation de STAT3 n’est détectée que dans une parcelle des neurones DA positifs pour le Leprb, conférant aux neurones DA STAT3-spécifiques des caractéristiques uniques. Nous avons généré un modèle murin invalidé pour STAT3 sélectivement dans les neurones DA (STAT3DAT-KO). La première expérience consistait à évaluer les paramètres métaboliques de base de notre modèle en utilisant les chambres métaboliques Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS), incluant l’activité ambulatoire, le ratio d’échanges respiratoires (RER) et la production de chaleur. Les STAT3DAT-KO sont hyperactives, démontré par une activité locomotrice augmentée, mais aucune variation entre les deux groupes n’est observée pour le RER et la production de chaleur, en plus d’un gain de poids identique. Une stratégie de récupération ciblant la réinsertion de STAT3 dans les neurones DA du système mésolimbique normalise l’AP anciennement plus élevée des STAT3DAT-KO à celle des contrôles, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines. L’injection d’un psychostimulant (agoniste du récepteur DA de type 1 (D1R), le Chloro-APB-Hydrobromide (SKF 82958)) reflète une fonction dopaminergique réduite chez les STAT3DAT-KO. Un test de recherche compulsive de nourriture révèle une suppression de la prise alimentaire chez les deux groupes expérimentaux. Nous démontrons pour la première fois que la motivation alliée à la course d’endurance, indépendamment de la régulation de la prise alimentaire par la leptine, est dépendant d’une signalisation leptine-STAT3 amoindrie dans les neurones DA du système mésolimbique, révélant STAT3 comme élément clé dans la régulation du tonus dopaminergique et des propriétés récompensantes de l’AP.