Etablierung eines high content imaging-basierten in vitro Testsystems zur Evaluierung genotoxischer Substanzen

Zur Registrierung von Pharmazeutika ist eine umfassende Analyse ihres genotoxischen Potentials von Nöten. Aufgrund der Vielzahl genotoxischer Mechanismen und deren resultierenden Schäden wird ein gestaffeltes Testdesign durch die ICH-Richtlinie S2(R1) „Guidance on genotoxicity testing and data interpretation for pharmaceuticals intended for human use S2(R1)“ definiert, um alle genotoxischen Substanzen zu identifizieren. Die Standardtestbatterie ist in der frühen Phase der Arzneimittelentwicklung aufgrund des geringen Durchsatzes und des Mangels an verfügbarer Substanzmenge vermindert anwendbar. Darüber hinaus verfügen in vitro Genotoxizitätstests in Säugerzellen über eine relativ geringe Spezifität. Für eine vollständige Sicherheitsbeurteilung wird eine in vivo Testung auf Kanzerogenität benötigt. Allerdings sind diese Testsysteme kosten- und zeitintensiv. Aufgrund dessen zielen neue Forschungsansätze auf die Verbesserung der Prädiktivität und die Erfassung des genotoxischen Potentials bereits in der frühen Phase der Arzneimittelentwicklung ab. Die high content imaging (HCI)-Technologie offeriert einen Ansatz zur Verbesserung des Durchsatzes verglichen mit der Standardtestbatterie. Zusätzlich hat ein Zell-basiertes Modell den Vorteil Daten relativ schnell bei gleichzeitig geringem Bedarf an Substanzmenge zu generieren. Demzufolge ermöglichen HCI-basierte Testsysteme eine Prüfung in der frühen Phase der pharmazeutischen Arzneimittelentwicklung. Das Ziel dieser Studie ist die Entwicklung eines neuen, spezifischen und sensitiven HCI-basierten Testsytems für Genotoxine und Progenotoxine in vitro unter Verwendung von HepG2-Zellen gewesen. Aufgrund ihrer begrenzten metabolischen Kapazität wurde ein kombiniertes System bestehend aus HepG2-Zellen und einem metabolischen Aktivierungssystem zur Testung progenotoxischer Substanzen etabliert. Basierend auf einer vorherigen Genomexpressionsprofilierung (Boehme et al., 2011) und einer Literaturrecherche wurden die folgenden neun unterschiedlichen Proteine der DNA-Schadensantwort als putative Marker der Substanz-induzierten Genotoxizität ausgewählt: p-p53 (Ser15), p21, p-H2AX (Ser139), p-Chk1 (Ser345) p-ATM (Ser1981), p-ATR (Ser428), p-CDC2 (Thr14/Tyr15), GADD45A und p-Chk2 (Thr68). Die Expression bzw. Aktivierung dieser Proteine wurde 48 h nach Behandlung mit den (pro-) genotoxischen Substanzen (Cyclophosphamid, 7,12-Dimethylbenz[a]anthracen, Aflatoxin B1, 2-Acetylaminofluoren, Methylmethansulfonat, Actinomycin D, Etoposid) und den nicht-genotoxischen Substanzen (D-Mannitol, Phenforminhydrochlorid, Progesteron) unter Verwendung der HCI-Technologie ermittelt. Die beste Klassifizierung wurde bei Verwendung der folgenden fünf der ursprünglichen neun putativen Markerproteine erreicht: p-p53 (Ser15), p21, p-H2AX (Ser139), p-Chk1 (Ser345) und p-ATM (Ser1981). In einem zweiten Teil dieser Arbeit wurden die fünf ausgewählten Proteine mit Substanzen, welche von dem European Centre for the Validation of Alternative Methods (ECVAM) zur Beurteilung der Leistung neuer oder modifizierter in vitro Genotoxizitätstests empfohlen sind, getestet. Dieses neue Testsystem erzielte eine Sensitivität von 80 % und eine Spezifität von 86 %, was in einer Prädiktivität von 84 % resultierte. Der synergetische Effekt dieser fünf Proteine ermöglicht die Identifizierung von genotoxischen Substanzen, welche DNA-Schädigungen durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Mechanismen induzieren, mit einem hohen Erfolg. Zusammenfassend konnte ein hochprädiktives Prüfungssystem mit metabolischer Aktivierung für ein breites Spektrum potenziell genotoxischer Substanzen generiert werden, welches sich aufgrund des hohen Durchsatzes, des geringen Zeitaufwandes und der geringen Menge benötigter Substanz zur Substanzpriorisierung und -selektion in der Phase der Leitstrukturoptimierung eignet und darüber hinaus mechanistische Hinweise auf die genotoxische Wirkung der Testsubstanz liefert.

Molecular genetic causes of columnar growth in apple (Malus x domestica)

The columnar growth habit of apple is interesting from an economic point of view as the pillar-like trees require little space and labor. Genetic engineering could be used to speed up breeding for columnar trees with high fruit quality and disease resistance. For this purpose, this study dealt with the molecular causes of this interesting phenotype. The original bud sport mutation that led to the columnar growth habit was found to be a novel nested insertion of a Gypsy-44 LTR retrotransposon on chromosome 10 at 18.79 Mb. This subsequently causes tissue-specific differential expression of nearby downstream genes, particularly of a gene encoding a 2OG-Fe(II) oxygenase of unknown function (dmr6-like) that is strongly upregulated in developing aerial tissues of columnar trees. The tissue-specificity of the differential expression suggests involvement of cis-regulatory regions and/or tissue-specific epigenetic markers whose influence on gene expression is altered due to the retrotransposon insertion. This eventually leads to changes in genes associated with stress and defense reactions, cell wall and cell membrane metabolism as well as phytohormone biosynthesis and signaling, which act together to cause the typical phenotype characteristics of columnar trees such as short internodes and the absence of long lateral branches. In future, transformation experiments introducing Gypsy-44 into non-columnar varieties or excising Gypsy-44 from columnar varieties would provide proof for our hypotheses. However, since site-specific transformation of a nested retrotransposon is a (too) ambitious objective, silencing of the Gypsy-44 transcripts or the nearby genes would also provide helpful clues.

Cytotoxicity and P-glycoprotein inhibition by cardiotonic steroids

Herzwirksame Glykoside sind in der Natur sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich zu finden und werden regelmäßig zur Therpaie von Herzinsuffizienz eingesetzt. In letzter Zeit belegten viele Studien, dass herzwirksame Glykoside vielversprechende Substanzen für die Behandlung von Krebs darstellen. Ihr Wirkmechanismus basiert auf der Hemmung der Na+/K+-ATPase. Die Na+/K+-ATPase spielt neuerdings eine wichtige Rolle in der Krebsbiologie, da sie viele relevante Signalwege beeinflusst. Multiresistenzen gegen Arzneimittel sind oftmals verantwortlich für das Scheitern einer Chemotherapie. Bei multi-drug-resistenten Tumoren erfolgt ein Transport der Chemotherapeutika aus der Krebszelle hinaus durch das Membranprotein P-Glykoprotein. In der vorliegenden Arbeit wurde die Zytotoxizität von 66 herzwirksamen Glykosiden und ihren Derivaten in sensitiven und resistenten Leukämie-Zellen getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Naturstoffe die Zell-Linien in verschiedenen molaren Bereichen abtöten. Allerdings waren die Resistenz-Indizes niedrig (d. h. die IC50 Werte waren in beiden Zell-Linien ähnlich). Die untersuchten 66 Substanzen besitzen eine große Vielfalt an chemischen Substituenten. Die Wirkung dieser Substituenten auf die Zytotoxizität wurde daher durch Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) erforscht. Des Weiteren wiesen quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehung (QSAR) und molekulares Docking darauf hin, dass die Na+/K+-ATPase in sensitiven und resistenten Zellen unterschiedlich stark exprimiert wird. Eine Herunterregulation der Na+/K+-ATPase in multi-drug-resistenten Zellen wurde durch Western Blot bestätigt und die Wirkung dieser auf relevante Signalwege durch Next-Generation-Sequenzierung weiter verfolgt. Dadurch konnte eine Verbindung zwischen der Überexpression von P-Glykoprotein und der Herunterregulation der Na+/K+-ATPase hergestellt werden. Der zweite Aspekt der Arbeit war die Hemmung von P-Glykoprotein durch herzwirksame Glykoside, welche durch Hochdurchsatz-Durchflusszytometrie getestet wurde. Sechs wirksame Glykoside konnten den P-Glykoprotein-vermittelten Transport von Doxorubicin inhibieren. Zudem konnte die Zytotoxität von Doxorubicin in multi-drug-resistenten Zellen teilweise wieder zurück erlangt werden. Unabhängig von herzwirksamen Glykosiden war die Bewertung der Anwendung von molekularem Docking in der P-Glykoprotein Forschung ein weiterer Aspekt der Arbeit. Es ließ sich schlussfolgern, dass molekulares Docking fähig ist, zwischen den verschiedenen Molekülen zu unterscheiden, die mit P-Glykoprotein interagieren. Die Anwendbarkeit von molekularem Docking in Bezug auf die Bestimmung der Bindestelle einer Substanz wurde ebenfalls untersucht.

Genexpressionsanalyse boviner mesenchymaler Stammzellen und deren in-vitro-differenzierten Folgelinien

Mesenchymale Stamzellen (MSC) sind Vertreter der adulten Stammzellen. Sie bergen durch ihre große Plastizität ein immenses Potential für die klinische Nutzung in Form von Stammzelltherapien. Zellen dieses Typs kommen vornehmlich im Knochenmark der großen Röhrenknochen vor und können zu Knochen, Knorpel und Fettzellen differenzieren. MSC leisten einen wichtigen Beitrag im Rahmen regenerativer Prozesse, beispielsweise zur Heilung von Frakturen. Breite Studien demonstrieren bereits jetzt auch bei komplexeren Erkrankungen (z.B. Osteoporose) therapeutisch vielversprechende Einsatzmöglichkeiten. Oft kommen hierbei aus MSC gezielt differenzierte Folgelinien aus Zellkulturen zum Einsatz. Dies bedingt eine kontrollierte Steuerung der Differenzierungsprozesse in vitro. Der Differenzierung einer Stammzelle liegt eine komplexe Veränderung ihrer Genexpression zugrunde. Genexpressionsmuster zur Erhaltung und Proliferation der Stammzellen müssen durch solche, die der linienspezifischen Differenzierung dienen, ersetzt werden. Die mit der Differenzierung einhergehende, transkriptomische Neuausrichtung ist für das Verständnis der Prozesse grundlegend und wurde bislang nur unzureichend untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine transkriptomweite und vergleichende Genexpressionsanalyse Mesenchymaler Stammzellen und deren in vitro differenzierten Folgelinien mittels Plasmid - DNA Microarrays und Sequenziertechniken der nächsten Generation (RNA-Seq, Illumina Plattform). In dieser Arbeit diente das Hausrind (Bos taurus) als Modellorganismus, da es genetisch betrachtet eine hohe Ähnlichkeit zum Menschen aufweist und Knochenmark als Quelle von MSC gut verfügbar ist. Primärkulturen Mesenchymaler Stammzellen konnten aus dem Knochenmark von Rindern erfolgreich isoliert werden. Es wurden in vitro Zellkultur - Versuche durchgeführt, um die Zellen zu Osteoblasten, Chondrozyten und Adipozyten zu differenzieren. Zur Genexpressionsanalyse wurde RNA aus jungen MSC und einer MSC Langzeitkultur („alte MSC“), sowie aus den differenzierten Zelllinien isoliert und für nachfolgende Experimente wo nötig amplifiziert. Der Erfolg der Differenzierungen konnte anhand der Genexpression von spezifischen Markergenen und mittels histologischer Färbungen belegt werden. Hierbei zeigte sich die Differenzierung zu Osteoblasten und Adipozyten erfolgreich, während die Differenzierung zu Chondrozyten trotz diverser Modifikationen am Protokoll nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte. Eine vergleichende Hybridisierung zur Bestimmung differentieller Genexpression (MSC vs. Differenzierung) mittels selbst hergestellter Plasmid - DNA Microarrays ergab für die Osteogenese mit Genen wie destrin und enpp1, für die undifferenzierten MSC mit dem Gen sema3c neue Kandidatengene, deren biologische Funktion aufzuklären in zukünftigen Experimenten vielversprechende Ergebnisse liefern sollte. Die Analyse der transkriptomweiten Genexpression mittels NGS lieferte einen noch umfangreicheren Einblick ins Differenzierungsgeschehen. Es zeigte sich eine hohe Ähnlichkeit im Expressionsprofil von jungen MSC und Adipozyten, sowie zwischen den Profilen der alten MSC (eine Langzeitkultur) und Osteoblasten. Die alten MSC wiesen deutliche Anzeichen für eine spontane Differenzierung in die osteogene Richtung auf. Durch Analyse der 100 am stärksten exprimierten Gene jeder Zelllinie ließen sich für junge MSC und Adipozyten besonders Gene der extrazellulären Matrix (z.B col1a1,6 ; fn1 uvm.) auffinden. Sowohl Osteoblasten, als auch die alten MSC exprimieren hingegen verstärkt Gene mit Bezug zur oxidativen Phosphorylierung, sowie ribosomale Proteine. Eine Betrachtung der differentiellen Genexpression (junge MSC vs. Differenzierung) mit anschließender Pathway Analyse und Genontologie Anreicherungsstatistik unterstützt diese Ergebnisse vor allem bei Osteoblasten, wo nun jedoch zusätzlich auch Gene zur Regulation der Knochenentwicklung und Mineralisierung in den Vordergrund treten. Für Adipozyten konnte mit Genen des „Jak-STAT signaling pathway“, der Fokalen Adhäsion, sowie Genen des „Cytokine-cytokine receptor interaction pathway“ sehr spannende Einsichten in die Biologie dieses Zelltyps erlangt werden, die sicher weiterer Untersuchungen bedürfen. In undifferenzierten MSC konnte durch differentielle Genexpressionsanalyse die Rolle des nicht kanonischen Teils des WNT Signalweges als für die Aufrechterhaltung des Stammzellstatus potentiell äußerst einflussreich ermittelt werden. Die hier diskutierten Ergebnisse zeigen beispielhaft, dass besonders mittels Genexpressionsanalyse im Hochdurchsatzverfahren wertvolle Einblicke in die komplexe Biologie der Stammzelldifferenzierung möglich sind. Als Grundlage für nachfolgende Arbeiten konnten interessante Gene ermittelt und Hypothesen zu deren Einfluss auf Stammzelleigenschaften und Differenzierungsprozesse aufgestellt werden. Um einen besseren Einblick in den Differenzierungsverlauf zu ermöglichen, könnten künftig NGS Analysen zu unterschiedlichen Differenzierungszeitpunkten durchgeführt werden. Zudem wären weitere Anstrengungen zur erfolgreichen Etablierung der chondrogenen Differenzierung zur vollständigen Analyse der Genexpression des trilinearen Differenzierungspotentials von MSC wünschenswert.

[Molecular biology of malignant lymphomas for non-specialists]

Lymphomas comprise a variety of entities with remarkable clinical heterogeneity. This review summarizes the current knowledge on the pathogenesis of major mature B-cell lymphoma subtypes for clinicians working outside the field of hemato-oncology. The understanding of the pathogenesis of lymphomas is linked to the knowledge on normal B-cell differentiation. The clinical diversity is manifested in the different mechanisms involved in lymphomagenesis that include characteristic chromosomal translocations deregulating proto-oncogenes, and inactivation of tumor suppressor genes through deletions and mutations. Gene-expression profiling has dissected certain lymphomas into morphologically indistinguishable, but clinically important subgroups and uncovered pathways suitable for specific therapeutic interventions.

Lethal mitochondrial cardiomyopathy in a hypomorphic Med30 mouse mutant is ameliorated by ketogenic diet

Deficiencies of subunits of the transcriptional regulatory complex Mediator generally result in embryonic lethality, precluding study of its physiological function. Here we describe a missense mutation in Med30 causing progressive cardiomyopathy in homozygous mice that, although viable during lactation, show precipitous lethality 2-3 wk after weaning. Expression profiling reveals pleiotropic changes in transcription of cardiac genes required for oxidative phosphorylation and mitochondrial integrity. Weaning mice to a ketogenic diet extends viability to 8.5 wk. Thus, we establish a mechanistic connection between Mediator and induction of a metabolic program for oxidative phosphorylation and fatty acid oxidation, in which lethal cardiomyopathy is mitigated by dietary intervention.

CX3CR1 defines functionally distinct intestinal mononuclear phagocyte subsets which maintain their respective functions during homeostatic and inflammatory conditions

Intestinal mononuclear phagocytes (iMNP) are critically involved in mucosal immunity and tissue homeostasis. Two major non-overlapping populations of iMNP have been identified in mice. CD103(+) iMNP represent a migratory population capable of inducing tolerogenic responses, whereas CX3CR1(+) iMNP are resident cells with disease-promoting potential. CX3CR1(+) iMNP can further be subdivided based on differential expression of CX3CR1. Using CX3CR1(GFP/+) ×RAG2(-/-) mice, we demonstrate that CX3CR1(hi) and CX3CR1(lo) iMNP clearly differ with respect to their morphological and functional properties. Compared with CX3CR1(hi) iMNP, CX3CR1(lo) iMNP are polarised towards pro-inflammatory responses already under homeostatic conditions. During a CD4(+) T-cell-induced colitis, CX3CR1(lo) cells accumulate in the inflamed mucosa and upregulate the expression of pro-inflammatory cytokines and triggering receptor expressed on myeloid cells-1 (TREM-1). In contrast, CX3CR1(hi) iMNP retain their non-inflammatory profile even during intestinal inflammation. These findings identify two functionally distinct iMNP subsets based on differential expression of CX3CR1 and indicate an unanticipated stability of iMNP.

Genomic analysis of non-splenic marginal zone lymphomas (MZL) indicates similarities between nodal and extranodal MZL and supports their derivation from memory B-cells

Three distinct categories of marginal zone lymphomas (MZLs) are currently recognized, principally based on their site of occurrence. They are thought to represent unique entities, but the relationship of one subtype with another is poorly understood. We investigated 17 non-splenic MZLs (seven nodal, 10 extranodal) by gene expression profiling to distinguish between subtypes and determine their cell of origin. Our findings suggest biological inter-relatedness of these entities despite occurrence at different locations and associations with possibly different aetiologies. Furthermore, the expression profiles of non-splenic MZL were similar to memory B cells.

Biologicals and fetal cell therapy for wound and scar management

Few biopharmaceutical preparations developed from biologicals are available for tissue regeneration and scar management. When developing biological treatments with cellular therapy, selection of cell types and establishment of consistent cell banks are crucial steps in whole-cell bioprocessing. Various cell types have been used in treatment of wounds to reduce scar to date including autolog and allogenic skin cells, platelets, placenta, and amniotic extracts. Experience with fetal cells show that they may provide an interesting cell choice due to facility of outscaling and known properties for wound healing without scar. Differential gene profiling has helped to point to potential indicators of repair which include cell adhesion, extracellular matrix, cytokines, growth factors, and development. Safety has been evidenced in Phase I and II clinical fetal cell use for burn and wound treatments with different cell delivery systems. We present herein that fetal cells present technical and therapeutic advantages compared to other cell types for effective cell-based therapy for wound and scar management.

Identification of candidate genes and physiological pathways involved in gonad deformation in whitefish (Coregonus spp.) from Lake Thun, Switzerland

In 2000, fishermen reported the appearance of deformed reproductive organs in whitefish (Coregonus spp.) from Lake Thun, Switzerland. Despite intensive investigations, the causes of these abnormalities remain unknown. Using gene expression profiling, we sought to identify candidate genes and physiological processes possibly associated with the observed gonadal deformations, in order to gain insights into potential causes. Using in situ-synthesized oligonucleotide arrays, we compared the expression levels at 21,492 unique transcript probes in liver and head kidney tissue of male whitefish with deformed and normally developed gonads, respectively. The fish had been collected on spawning sites of two genetically distinct whitefish forms of Lake Thun. We contrasted the gene expression profiles of 56 individuals, i.e., 14 individuals of each phenotype and of each population. Gene-by-gene analysis revealed weak expression differences between normal and deformed fish, and only one gene, ictacalcin, was found to be up-regulated in head kidney tissue of deformed fish from both whitefish forms, However, this difference could not be confirmed with quantitative real-time qPCR. Enrichment analysis on the level of physiological processes revealed (i) the involvement of immune response genes in both tissues, particularly those linked to complement activation in the liver, (ii) proteolysis in the liver and (iii) GTPase activity and Ras protein signal transduction in the head kidney. In comparison with current literature, this gene expression pattern signals a chronic autoimmune disease in the testes. Based on the recent observations that gonad deformations are induced through feeding of zooplankton from Lake Thun we hypothesize that a xenobiotic accumulated in whitefish via the plankton triggering autoimmunity as the likely cause of gonad deformations. We propose several experimental strategies to verify or reject this hypothesis.

Caenorhabditis elegans Heterochromatin protein 1 (HPL-2) links developmental plasticity, longevity and lipid metabolism

Background Heterochromatin protein 1 (HP1) family proteins have a well-characterized role in heterochromatin packaging and gene regulation. Their function in organismal development, however, is less well understood. Here we used genome-wide expression profiling to assess novel functions of the Caenorhabditis elegans HP1 homolog HPL-2 at specific developmental stages. Results We show that HPL-2 regulates the expression of germline genes, extracellular matrix components and genes involved in lipid metabolism. Comparison of our expression data with HPL-2 ChIP-on-chip profiles reveals that a significant number of genes up- and down-regulated in the absence of HPL-2 are bound by HPL-2. Germline genes are specifically up-regulated in hpl-2 mutants, consistent with the function of HPL-2 as a repressor of ectopic germ cell fate. In addition, microarray results and phenotypic analysis suggest that HPL-2 regulates the dauer developmental decision, a striking example of phenotypic plasticity in which environmental conditions determine developmental fate. HPL-2 acts in dauer at least partly through modulation of daf-2/IIS and TGF-β signaling pathways, major determinants of the dauer program. hpl-2 mutants also show increased longevity and altered lipid metabolism, hallmarks of the long-lived, stress resistant dauers. Conclusions Our results suggest that the worm HP1 homologue HPL-2 may coordinately regulate dauer diapause, longevity and lipid metabolism, three processes dependent on developmental input and environmental conditions. Our findings are of general interest as a paradigm of how chromatin factors can both stabilize development by buffering environmental variation, and guide the organism through remodeling events that require plasticity of cell fate regulation.

iTRAQ identification of candidate serum biomarkers associated with metastatic progression of human prostate cancer

A major challenge in the management of patients with prostate cancer is identifying those individuals at risk of developing metastatic disease, as in most cases the disease will remain indolent. We analyzed pooled serum samples from 4 groups of patients (n = 5 samples/group), collected prospectively and actively monitored for a minimum of 5 yrs. Patients groups were (i) histological diagnosis of benign prostatic hyperplasia with no evidence of cancer 'BPH', (ii) localised cancer with no evidence of progression, 'non-progressing' (iii) localised cancer with evidence of biochemical progression, 'progressing', and (iv) bone metastasis at presentation 'metastatic'. Pooled samples were immuno-depleted of the 14 most highly abundant proteins and analysed using a 4-plex iTRAQ approach. Overall 122 proteins were identified and relatively quantified. Comparisons of progressing versus non-progressing groups identified the significant differential expression of 25 proteins (p<0.001). Comparisons of metastatic versus progressing groups identified the significant differential expression of 23 proteins. Mapping the differentially expressed proteins onto the prostate cancer progression pathway revealed the dysregulated expression of individual proteins, pairs of proteins and 'panels' of proteins to be associated with particular stages of disease development and progression. The median immunostaining intensity of eukaryotic translation elongation factor 1 alpha 1 (eEF1A1), one of the candidates identified, was significantly higher in osteoblasts in close proximity to metastatic tumour cells compared with osteoblasts in control bone (p = 0.0353, Mann Whitney U). Our proteomic approach has identified leads for potentially useful serum biomarkers associated with the metastatic progression of prostate cancer. The panels identified, including eEF1A1 warrant further investigation and validation.

Inhibition of the AKT/mTOR and erbB pathways by gefitinib, perifosine and analogs of gonadotropin-releasing hormone I and II to overcome tamoxifen resistance in breast cancer cells

Endocrine resistance in breast cancer remains a major clinical problem and is caused by crosstalk mechanisms of growth factor receptor cascades, such as the erbB and PI3K/AKT pathways. The possibilities a single breast cancer cell has to achieve resistance are manifold. We developed a model of 4-hydroxy-tamoxifen (OHT)‑resistant human breast cancer cell lines and compared their different expression patterns, activation of growth factor receptor pathways and compared cells by genomic hybridization (CGH). We also tested a panel of selective inhibitors of the erbB and AKT/mTOR pathways to overcome OHT resistance. OHT‑resistant MCF-7-TR and T47D-TR cells showed increased expression of HER2 and activation of AKT. T47D-TR cells showed EGFR expression and activated MAPK (ERK-1/2), whereas in resistant MCF-7-TR cells activated AKT was due to loss of CTMP expression. CGH analyses revealed remarkable aberrations in resistant sublines, which were predominantly depletions. Gefitinib inhibited erbB signalling and restored OHT sensitivity in T47D-TR cells. The AKT inhibitor perifosine restored OHT sensitivity in MCF-7-TR cells. All cell lines showed expression of receptors for gonadotropin-releasing hormone (GnRH) I and II, and analogs of GnRH-I/II restored OHT sensitivity in both resistant cell lines by inhibition of erbB and AKT signalling. In conclusion, mechanisms to escape endocrine treatment in breast cancer share similarities in expression profiling but are based on substantially different genetic aberrations. Evaluation of activated mediators of growth factor receptor cascades is helpful to predict response to specific inhibitors. Expression of GnRH-I/II receptors provides multi-targeting treatment strategies.

Met-thodology

Met-regulated expression signature defines a subset of human hepatocellular carcinomas with poor prognosis and aggressive phenotype. Kaposi-Novak P, Lee JS, Gomez-Quiroz L, Coulouarn C, Factor VM, Thorgeirsson SS. Identification of specific gene expression signatures characteristic of oncogenic pathways is an important step toward molecular classification of human malignancies. Aberrant activation of the Met signaling pathway is frequently associated with tumour progression and metastasis. In this study, we defined the Met-dependent gene expression signature using global gene expression profiling of WT and Met-deficient primary mouse hepatocytes. Newly identified transcriptional targets of the Met pathway included genes involved in the regulation of oxidative stress responses as well as cell motility, cytoskeletal organization, and angiogenesis. To assess the importance of a Met-regulated gene expression signature, a comparative functional genomic approach was applied to 242 human hepatocellular carcinomas (HCCs) and 7 metastatic liver lesions. Cluster analysis revealed that a subset of human HCCs and all liver metastases shared the Met-induced expression signature. Furthermore, the presence of the Met signature showed significant correlation with increased vascular invasion rate and microvessel density as well as with decreased mean survival time of HCC patients. We conclude that the genetically defined gene expression signatures in combination with comparative functional genomics constitute an attractive paradigm for defining both the function of oncogenic pathways and the clinically relevant subgroups of human cancers. [Abstract reproduced by permission of J Clin Invest 2006;116:1582-1595].

The quantitative genetic basis of offspring solicitation and parental response in a passerine bird with biparental care

The coevolution of parental investment and offspring solicitation is driven by partly different evolutionary interests of genes expressed in parents and their offspring. In species with biparental care, the outcome of this conflict ma!: be influenced by the sexual conflict over parental investment, Models for the resolution of such family conflicts have made so far untested assumptions about genetic variation and covariation in the parental resource provisioning response and the level of offspring solicitation. Using a combination of cross-fostering and begging playback experiments, we show that, in the great tit (Parus major), (i) the begging call intensity of nestlings depends on their common origin, suggesting genetic variation for this begging display, (ii) only mothers respond to begging calls by increased food provisioning, and (iii! the size of the parental response is positively related to the begging call intensity of nestlings in the maternal but not paternal line. This study indicates that genetic covariation, its differential expression in the maternal and paternal lines and/or early environmental and parental effects need to be taken into account when predicting the phenotypic outcome of the conflict over investment between genes expressed in each parent and the offspring. [References: 36]