Wood biochemicals for the protection of health. Focus on hemicellulose, stilbenoids and lignans

Trees produce an enormous amount of compounds that are still scantly utilized.However, the results obtained from structurally similar biochemicals suggest that wood-derived compounds could be used for the protection of health in various applications. Polyphenols, for instance, could be extracted from wood in high quantities. Similar polyphenols to those in wood include resveratrol, found in grapes, and secoisolariciresinol, present in flaxseeds. Their consumption has been inversely associated with the incidence of various diseases, especially certain cancers and obesity-related disorders. The aim of this study was to determine the health-promoting effects of woodderived biochemicals. The effect of spruce hemicellulose on the growth of probiotic intestinal bacteria was studied. The results suggest that the bifidobacteria and lactobacilli can utilize hemicellulose and thus it has potential as a prebiotic compound. In particular, the efficacy of pine polyphenols to inhibit the growth of prostate cancer was our main interest. It was found that stilbenoids and lignans inhibited the proliferation of various cancer cells, and reduced the growth of prostate cancer xenografts in mice. The polyphenol rich pine knot extract was well tolerated in diet and extract-derived polyphenols were rapidly absorbed after intake. Furthermore, we determined the effect of the dietary pine knot extract on the weight gain and the expression of aromatase gene in reporter mouse expressing the promoter region of a human aromatase gene. It was found that dietary pine knot extract alleviated the obesity-induced inflammation in adipose tissue and downregulated the expression of a human aromatase gene. Taken together, several components of spruce and pine may have a future role as health-promoting compounds.

To divide or differentiate? : nestin-mediated regulation of Cdk5 in cell fate decisions

The molecular functions of the non-cell cycle-related Cyclin-dependent kinase 5 (Cdk5) have been of primary interest within the neuroscience field, but novel undertakings are constantly emerging for the kinase in tissue homeostasis, as well as in diseases such as diabetes and cancer. Although Cdk5 activation is predominantly regulated by specific non-cyclin activator protein binding, additional mechanisms have proved to orchestrate Cdk5 signaling in cells. For example, the interaction between the intermediate filament protein nestin and Cdk5 has been proposed to determine cellular fate during neuronal apoptosis through nestin-dependent adjustment of the sensitive balance and turnover of Cdk5 activators. While nestin constitutes a crucial regulatory scaffold for appropriate Cdk5 activation in apoptosis, Cdk5 itself phosphorylates nestin with the consequence of filament reorganization in both neuronal progenitors and differentiating muscle cells. Interestingly, the two proteins are often found coexpressed in various tissues and cell types, proposing that nestin-mediated scaffolding of Cdk5 and its activators may be applicable to other tissue systems as well. In the literature, the molecular functions of nestin have remained in the shade, as it is mostly exploited as a marker protein for progenitor cells. In light of these studies, the aim of this thesis was to assess the importance of the nestin scaffold in regulation of Cdk5 actions in cell fate decisions. This thesis can be subdivided into two major projects: one that studied the nature of the Cdk5-nestin interplay in muscle, and one that assessed their role in prostate cancer. During differentiation of a myoblast cell line, the filament formation properties of nestin was found to be crucial in directing Cdk5 activity, with direct consequences on the process of differentiation. Also the genetic knockout of nestin was found to influence Cdk5 activity, although differentiation per se was not affected. Instead, the genetic ablation of nestin had broad consequences on muscle homeostasis and regeneration. While the nestin-mediated regulation of Cdk5 in muscle was found to act in multiple ways, the connection remained more elusive in cancer models. Cdk5 was, however, established as a significant determinant of prostate cancer proliferation; a behavior uncharacteristic for this differentiation-associated kinase. Through complex and simultaneous regulation of two major prostate cancer pathways, Cdk5 was placed upstream of both Akt kinase and the androgen receptor. Its action on proliferation was nonetheless mainly exerted through the Akt signaling pathway in various cancer models. In summary, this thesis contributed to the knowledge of Cdk5 regulation and functions in two atypical settings; proliferation (in a cancer framework) and muscle differentiation, which is a poorly understood model system in the Cdk5 field. This balance between proliferation and differentiation implemented by Cdk5 is ultimately regulated (where present) by the dynamics of the cytoskeletal nestin scaffold.

Cytotoxicity and antitumoral activity of dichloromethane extract and its fractions from Pothomorphe umbellata

The cytotoxicity of the dichloromethane crude extract (DCE), obtained from the aerial parts of Pothomorphe umbellata (L.) Miq (Piperaceae), was evaluated against nine human cancer cell lines (MCF-7, NCI-ADR/RES, OVCAR-3, PC-3, HT-29, NCI-H460, 786-O, UACC-62, K-562). The DCE presented antiproliferative activity with good potency against all cell lines at low concentrations (between 4.0 and 9.5 µg/mL) and with selectivity (1.55 µg/mL) for the leukemia cell line (K-652). DCE (100, 200, 300 and 400 mg/kg, ip) was also evaluated in the Ehrlich ascites tumor model. Both the survival number and the life span of the animals that died increased by at least 45 and 50%, respectively (8 animals per group), demonstrating P. umbellata extract potential anticancer activity. The results of the in vivo antitumor activity prompted the fractionation of the crude extract. The crude extract was submitted to dry column chromatography with dichloromethane-methanol (99:1). The column effluent fractions were extracted with methanol, dried under vacuum yielding fractions FR1 (less polar), FR2 (medium polarity), and FR3 (polar), which were analyzed for their growth inhibition or cytotoxic properties by a 48-h sulforhodamine B cell viability assay by measuring the total protein content. FR1 demonstrated high potency and cytotoxicity, a result compatible with the high toxicity of oxalic acid; FR2, containing 4-nerolidylcathecol, presented the lowest cytotoxic activity compared to the other two fractions but with selectivity for prostate cancer cell line; FR3, containing a mixture of steroids described in the literature as possessing various biological activities, also presented potent anticancer in vitro activity. These results suggest that P. umbellata DCE in vivo antitumor activity may be a consequence of the activity of different active principles.

2-Bromo-1,4-naphthoquinone: a potentially improved substitute of menadione in Apatone™ therapy

Apatone™, a combination of menadione (2-methyl-1,4-naphthoquinone, VK3) and ascorbic acid (vitamin C, VC) is a new strategy for cancer treatment. Part of its effect on tumor cells is related to the cellular pro-oxidative imbalance provoked by the generation of hydrogen peroxide (H2O2) through naphthoquinone redox cycling. In this study, we attempted to find new naphthoquinone derivatives that would increase the efficiency of H2O2 production, thereby potentially increasing its efficacy for cancer treatment. The presence of an electron-withdrawing group in the naphthoquinone moiety had a direct effect on the efficiency of H2O2 production. The compound 2-bromo-1,4-naphthoquinone (BrQ), in which the bromine atom substituted the methyl group in VK3, was approximately 10- and 19-fold more efficient than VK3 in terms of oxygen consumption and H2O2 production, respectively. The ratio [H2O2]produced / [naphthoquinone]consumed was 68 ± 11 and 5.8 ± 0.2 (µM/µM) for BrQ and VK3, respectively, indicating a higher efficacy of BrQ as a catalyst for the autoxidation of ascorbic acid. Both VK3 and BrQ reacted with glutathione (GSH), but BrQ was the more effective substrate. Part of GSH was incorporated into the naphthoquinone, producing a nucleophilic substitution product (Q-SG). The depletion of BrQ by GSH did not prevent its redox capacity since Q-SG was also able to catalyze the production of reactive oxygen species. VK3/VC has already been submitted to clinical trials for the treatment of prostate cancer and has demonstrated promising results. However, replacement of VK3 with BrQ will open new lines of investigation regarding this approach to cancer treatment.

The investigation of the reduction mechanism of the 5a-reductase enzyme of Penicillium decumbens /

The 5a-reductase of Penicillium decumbens ATCC 10436 was used as a model for the mammalian enzyme to investigate the mechanism of reduction of testosterone to 5adihydrotestosterone . The purpose of this study was to search for specific 5a-reductase inhibitors which antagonize prostate cancer . In a whole-cell biotransformation mode, this organism reduced testosterone (1) to 5a-dihydrosteroids (8) and 5aandrostane- 3, 17-dione (9) in yields of 28% and 37% respectively. Control experiments have shown that 5aandrostane- 3, 17-dione (9) can be produced from the corresponding alcohol (8) in a subsequent reaction separate from that catalysed by the 5a-reductase enzyme . Androst-4- ene-3, 17-dione (2) is reduced to give only (9) with a recovery of 80% The stereochemistry of the reduction was determined by 500 MHz ^H NMR analysis of the products resulting from the deuterium labelled substrates. The results were obtained by an analysis of the NOE difference spectra, double-quantum filtered phase sensitive COSY 2-D spectra, and ^^c-Ir 2-D shift correlation spectra of deuterium labelled products. According to the unambiguous assignment of the signals due to H-4a and H-4Ii in 5a-dihydro steroids, the NMR data show clearly that addition of hydrogen to the 4{5)K bond has occurred in a trans manner at positions 413 and 5a. To Study the reduction mechanism of this enzyme, several substrates were prepared as following; 3-methyleneandrost-4-en- 17fi-ol(3), androst-4-en-17i5-ol(5) , androst-4-en-3ii, 17fi-diol (6) and 4, 5ii-epoxyandrostane-3, 17-dione (7) . Results suggest that this enzyme system requires an oxygen atom at the 3-position of the steroid in order to bind the substrate. Furthermore, the mechanism of this 5a-reductase may proceed via direct addition of hydrogen at the 4,5 position without involvement of a carbonyl group as an intermediate.

Conception de miARN artificiels basée sur la caractérisation de la boucle de régulation miR-20/E2F

La biologie moléculaire et, plus spécifiquement, la régulation de l’expression génique ont été révolutionnées par la découverte des microARN (miARN). Ces petits ARN d’une vingtaine de nucléotides sont impliqués dans la majorité des processus cellulaires et leur expression est dérégulée dans plusieurs maladies, comme le cancer. Un miARN reconnaît ses cibles principalement par son noyau, ce qui lui permet de réguler simultanément la traduction de centaines d’ARN messagers. Nos travaux ont montré l’existence d’une boucle de rétro-activation négative, entre deux miARN du polycistron miR-17-92 et trois facteurs de transcription de la famille E2F. E2F1, 2 et 3 induisent la transcription de miR-20 et miR-17 qui par la suite inhibent leur traduction. Nos résultats suggèrent l’implication de cette boucle dans la résistance à l’apoptose induite par E2F1 dans les cellules du cancer de la prostate, ce qui expliquerait en partie le potentiel oncogénique du polycistron miR-17-92. L’étude de ce motif de régulation nous a donc permis de réaliser le potentiel incroyable qu’ont les miARN à inhiber la traduction de plusieurs gènes. Basé sur les règles de reconnaissance des miARN, nous avons développé et validé MultiTar. Cet outil bioinformatique permet de trouver la séquence d’un miARN artificiel ayant le potentiel d’inhiber la traduction de gènes d’intérêts choisis par l’utilisateur. Afin de valider MultiTar, nous avons généré des multitargets pouvant inhiber l’expression des trois E2F, ce qui nous a permis de comparer leur efficacité à celle de miR-20. Nos miARN artificiels ont la capacité d’inhiber la traduction des E2F et de neutraliser leur fonction redondante de la progression du cycle cellulaire de façon similaire ou supérieur à miR-20. La fonctionnalité de notre programme, ouvre la voie à une stratégie flexible pouvant cibler le caractère multigénique de différents processus cellulaires ou maladies complexes, tel que le cancer. L’utilisation de miARN artificiels pourrait donc représenter une alternative intéressante aux stratégies déjà existantes, qui sont limitées à inhiber des cibles uniques. En plus d’élucider un réseau de régulation complexe impliquant les miARN, nous avons pu tirer profit de leur potentiel d’inhibition par la conception de miARN artificiels.

Étude de Necdin par un modèle de carcinogénèse lié à l’antigène grand T du Virus du polyome

Les virus sont utilisés depuis longtemps dans la recherche sur le cancer et ont grandement contribué à l’avancement des connaissances de même qu’à l’établissement de préceptes importants encore valables aujourd’hui dans le domaine. L’un des défis actuels est de mieux définir les étapes menant à la transition d’une cellule normale à une cellule transformée et c’est sur cette problématique que nous nous sommes penchés. Pour ce faire, nous avons tiré profit de l’utilisation de l’antigène grand-T du virus de polyome (PyLT), un virus capable d’induire des tumeurs chez les rongeurs. Cet oncogène viral à lui seul possède des propriétés intéressantes qui suggèrent que, en plus de l’immortalisation, il peut également contribuer aux événements précoces de la carcinogénèse. Ceci repose principalement sur la capacité de PyLT à induire des tumeurs en souris transgéniques et ce, avec une certaine latence ce qui suggère que des événements supplémentaires sont nécessaires. Ainsi, l’utilisation de PyLT dans un modèle de culture cellulaire permet de disséquer les changements qui lui sont attribuables. Dans un premier temps, l’établissement du profil d'expression génique associé à l'expression de PyLT dans un modèle murin nous a permis de sélectionner un bon nombre de gènes, parmi lesquels figurait Necdin. Nous avons choisi d’étudier Necdin plus en détail puisque peu d’attention était accordée à cette protéine dans le domaine du cancer, malgré que différentes données de la littérature lui suggèrent à la fois des fonctions suppresseurs de tumeur et oncogéniques. Nous avons démontré que, malgré sa fonction proposée de suppresseur de croissance, l’expression de Necdin n’est pas incompatible avec la prolifération dans la lignée cellulaire de souris NIH 3T3 et les cellules primaires humaines (IMR90), bien que l’inhibition de son expression par shARN confère un avantage prolifératif. Nous avons confirmé que Necdin est un gène cible de p53 induit par différents agents génotoxiques, toutefois son expression peut également être régulée de façon p53-indépendante. De plus, Necdin agit négativement sur l’arrêt du cycle cellulaire en réponse à l’activation de p53. Ceci suggère que Necdin est impliqué dans une boucle de régulation négative de la voie de p53 et que l’augmentation anormale de l’expression de Necdin pourrait contribuer à la perturbation la voie du suppresseur de tumeur p53. L’activation de p53 permet l’arrêt transitoire du cycle cellulaire en condition de stress, mais est aussi impliquée dans l’établissement d’un arrêt permanent nommé sénescence. La sénescence est un mécanisme de protection contre l’accumulation de mutations qui peut contribuer à l’initiation du cancer. Vu l’intéressante implication de Necdin dans la régulation de l’activité de p53, nous avons transposé les connaissances acquises du modèle murin à un modèle humain, plus adapté pour l’étude de la sénescence. La caractérisation de l’expression de Necdin dans des fibroblastes primaires humains à différents passages montre que les jeunes cellules en prolifération active expriment Necdin et que son niveau diminue avec l’établissement de la sénescence réplicative. Le même phénomène est observé lors de la sénescence prématurée provoquée par l’expression d’un oncogène et par l’exposition aux radiations ionisantes. De plus, dans des conditions normales de prolifération, la modulation de Necdin par des essais de gain et de perte de fonction n’affecte pas la durée de vie des cellules primaires. Toutefois, en condition de stress génotoxique dû à l’exposition aux irradiations, les cellules surexprimant Necdin présentent une radiorésistance accrue de la même façon que lorsque p53 est inactivé directement. Ce résultat en cellules humaines vient appuyer l’effet observé dans les cellules de souris sur l’impact qu’aura le niveau de Necdin sur la réponse de p53 en condition de stress. Un bref survol a été fait pour aborder de quelle façon nos résultats en culture cellulaire pouvaient se traduire dans des modèles de cancer chez l’humain. Nous avons caractérisé l’expression de Necdin dans deux types différents de cancer. D’abord, dans le cancer de l’ovaire, le niveau élevé de Necdin dans les tumeurs à faible potentiel de malignité (LMP) en comparaison aux cancers agressifs de l’ovaire de type séreux suggère que l’expression de Necdin se limite aux cellules de cancer LMP, qui présente généralement un p53 de type sauvage. Son expression est aussi retrouvée dans deux lignées cellulaires du cancer de l’ovaire non-tumorigéniques en xénogreffe de souris, dont l’une possède un p53 fonctionnel. De plus, la caractérisation de Necdin dans les lignées cellulaires du cancer de la prostate suggère une relation entre son expression et la présence de p53 fonctionnel. Dans le cancer de la prostate, tout comme pour le cancer de l’ovaire, Necdin semble être présent dans les lignées représentant un stade moins avancé de la maladie. L’utilisation de l’oncoprotéine virale PyLT nous a permis de révéler des propriétés intéressantes de Necdin. Nous proposons que dans certains contextes, l’expression constitutive de Necdin pourrait contribuer au cancer en retardant une réponse par p53 appropriée et possiblement en participant à l’augmentation de l’instabilité génomique. La fonction potentiellement oncogénique de Necdin quant à sa relation avec p53 que nous avons révélée requiert davantage d’investigation et les cancers caractérisés ici pourraient constituer de bons modèles à cette fin.

La télémédecine en radiothérapie : développement d’un modèle et analyse des coûts

But : La radiothérapie (RT) est disponible seulement dans les grandes villes au Québec. Les patients atteints de cancer vivant en zone rurale doivent voyager pour obtenir ces soins. Toute proportion gardée, moins de ces patients accèdent à la RT. L’accessibilité serait améliorée en instaurant de petits centres de RT qui dépendraient de la télémédecine (téléRT). Cette étude tente (1) de décrire un modèle (population visée et technologie) réaliste de téléRT; (2) d’en estimer les coûts, comparativement à la situation actuelle où les patients voyagent (itineRT). Méthode : (1) À l’aide de données probantes, le modèle de téléRT a été développé selon des critères de : faisabilité, sécurité, absence de transfert des patients et minimisation du personnel. (2) Les coûts ont été estimés du point de vue du payeur unique en utilisant une méthode publiée qui tient compte des coûts en capitaux, de la main d’oeuvre et des frais généraux. Résultats : (1) Le modèle de téléRT proposé se limiterait aux traitements palliatifs à 250 patients par année. (2) Les coûts sont de 5918$/patient (95% I.C. 4985 à 7095$) pour téléRT comparativement à 4541$/patient (95%I.C. 4351 à 4739$) pour itineRT. Les coûts annuels de téléRT sont de 1,48 M$ (d.s. 0,6 M$), avec une augmentation des coûts nets de seulement 0,54 M$ (d.s. 0,26 M$) comparativement à itineRT. Si on modifiait certaines conditions, le service de téléRT pourrait s’étendre au traitement curatif du cancer de prostate et du sein, à coûts similaires à itineRT. Conclusion : Ce modèle de téléRT pourrait améliorer l’accessibilité et l’équité aux soins, à des coûts modestes.

Les lipides et les cancers urologiques - approches épidémiologiques. L’importance du temps immortel

Objectif: Définir l’effet des lipides et du traitement de la dyslipidémie sur les cancers de la prostate et de la vessie en utilisant différents devis d’étude et en tenant compte de la présence de plusieurs biais, particulièrement le biais du temps immortel. Devis: Le premier volet utilise un devis rétrospectif de type cas témoins. Un questionnaire semi-quantitatif de fréquence de consommation alimentaire validé a été utilisé. Le génotype COX2 de neuf polymorphisme nucléotidique unique (SNP) a été mesuré avec une plateforme Taqman. Des modèles de régression logistique non conditionnelle ont été utilisés pour comparer le risque de diagnostic d’un cancer de la prostate et l’interaction. Le deuxième volet utilise un devis rétrospectif de type cohorte basée sur les données administratives de la Régie de l’assurance-maladie du Québec (RAMQ). Des modèles de régression de Cox ont été employés pour mesurer l’association entre les statines et l’évolution du cancer de la vessie. Le troisième volet, porte un regard méthodologique sur le biais du temps immortel en examinant sa présence dans la littérature oncologique. Son importance est illustrée avec les données de la cohorte du deuxième volet, et les méthodes de correction possibles son appliquées. Résultats: L’étude du premier volet démontre qu’une diète riche en acides gras oméga-3 d’origine marine était fortement associée à un risque diminué de cancer de la prostate agressif (p<0.0001 pour la tendance). Le ratio de cote pour le cancer de la prostate du quartile supérieur d’oméga-3 était de 0.37 (IC 95% = 0.25 à 0.54). L’effet diététique était modifié par le génotype COX-2 SNP rs4648310 (p=0.002 pour l’interaction). En particulier, les hommes avec faible apport en oméga-3 et la variante rs4648310 avait un risque accru de cancer de la prostate (ratio de cote = 5.49, IC 95%=1.80 à 16.7), effet renversé par un apport en oméga-3 plus grand. L’étude du deuxième volet a observé que l’utilisation de statines est associée à une diminution du risque de progression du cancer de la vessie (risque relatif = 0.44, IC 95% = 0.20 à 0.96, p=0.039). Cette association était encore plus forte pour le décès de toute cause (HR = 0.57, 95% CI = 0.43 to 0.76, p=0.0001). L’effet des statines semble être dose-dépendant. L’étude du troisième volet démontre que le biais du temps immortel est fréquent et important dans les études épidémiologiques oncologiques. Il comporte plusieurs aspects dont certains sont mieux prévenus au stade du choix du devis d’étude et différentes méthodes statistiques permettent un contrôle de ce biais. Conclusion: 1) Une diète riche en oméga-3 aurait un effet protecteur pour le cancer de la prostate. 2) L’utilisation de statines aurait un effet protecteur sur la progression du cancer non invasif de la vessie. Les lipides semblent avoir un effet sur les cancers urologiques.

Développement d’outils analytiques pour la détection de biomolécules directement dans des fluides sanguins

Cette thèse porte sur le développement de biocapteurs basés sur la technique de résonance des plasmons de surface (SPR) pour effectuer des analyses directement dans un fluide sanguin n’ayant subi aucune purification ou dilution. L’ensemble des biocapteurs discutés exploiteront un instrument SPR portable développé dans le groupe du professeur Masson. Le premier volet de la thèse portera sur le processus d’interférence lié à l’adsorption non spécifique du sérum à la surface du capteur. L’analyse des biomolécules adsorbées sera effectuée en combinant la SPR à la spectrométrie de masse. Les informations obtenues seront exploitées pour la construction de biocapteurs adaptés à l’analyse en milieu sanguin. Un premier biocapteur développé ciblera la protéine antigène prostatique spécifique (APS) contenue dans le sérum servant de biomarqueur pour dépister le cancer de la prostate. Pour détecter les faibles concentrations de cette protéine directement dans le sérum, un matériel plasmonique microstructuré sera utilisé pour amplifier les signaux obtenus et sera recouvert d’une monocouche peptidique minimisant l’adsorption non spécifique du sérum. L’instrument SPR aura été adapté pour permettre également la détection simultanée de fluorescence. Un test ELISA sera ainsi effectué en parallèle du test SPR. Chacune des techniques fournira un contrôle pour la deuxième, tout en permettant de détecter le biomarqueur au niveau requis pour dépister la maladie. La combinaison des deux méthodes permettra aussi d’élargir la gamme dynamique du test de dépistage. Pour terminer, l’instrument SPR portable sera utilisé dans le cadre de détection de petites biomolécules ayant un potentiel thérapeutique directement dans un échantillon de sang. Des peptides ayant une activité anti-athérosclérotique pourront ainsi être détectés à même un échantillon de sang ni purifié ni dilué, et ce à des concentrations de l’ordre du micromolaire. Une modification de la microfluidique via l’introduction d’une membrane poreuse au cœur de celle-ci sera la clé permettant d’effectuer de telles analyses. La présente thèse met de l’avant de nouvelles stratégies et des modifications instrumentales permettant d’analyser des protéines et des petites molécules directement dans un échantillon non purifié de sérum ou de sang. Les modifications apportées au système fluidique, à l’instrument SPR et au niveau du biocapteur employé permettront d’effectuer des biodétections dans des matrices aussi complexes que les fluides sanguins. Les présents travaux mettent en lumière la capacité d’un instrument SPR/fluorescence portable à faire en 12 minutes la biodétection d’un marqueur du cancer de la prostate directement dans un échantillon de sérum. Finalement, on rapporte ici un des premiers articles où un biocapteur SPR est utilisé à même un échantillon de sang non-purifié pour faire des biodétections.

Bioactivity Profile of Polyunsaturated Fattyacid extracts from Sardinella longiceps and Sardinella fimbriata – A comparative study

The oceans have proved to be an interminable source of new and effective drugs. Innumerable studies have proved that specific compounds isolated from marine organisms have great nutritional and pharmaceutical value. Polyunsaturated fattyacids (PUFA) in general are known for their dietary benefits in preventing and curing several critical ailments including Coronary heart disease (CHD) and cancers of various kinds. Eicosapentaenoic Acid (EPA) and Docosahexaenoic Acid (DHA) are two PUFA which are entirely marine in origin – and small Clupeoid fishes like sardines are known to be excellent sources of these two compounds. In this study, we selected two widely available Sardine species in the west coast, Sardinella longiceps and Sardinella fimbriata, for a comparative analysis of their bioactive properties. Both these sardines are known to be rich in EPA and DHA, however considerable seasonal variation in its PUFA content was expected and these variations studied. An extraction procedure to isolate PUFA at high purity levels was identified and the extracts obtained thus were studied for anti-bacterial, anti-diabetic and anti-cancerous properties.Samples of both the sardines were collected from landing centre, measured and their gut content analysed in four different months of the year – viz. June, September, December and March. The fish samples were analyzed for fattyacid using FAME method using gas chromatography to identify the full range of fattyacids and their respective concentration in each of the samples. The fattyacids were expressed in mg/g meat and later converted to percentage values against total fatty acids and total PUFA content. Fattyacids during winter season (Dec-Mar) were found to be generally higher than spawning season (June-Sept). PUFA dominated the profiles of both species and average PUFA content was also higher during winter. However, it was found that S. longiceps had proportionately higher EPA as compared to S. fimbriata which was DHA rich. Percentage of EPA and DHA also varied across months for both species – the spawning season seemed to show higher EPA content in S. longiceps and higher DHA content in S. fimbriata. Gut content analysis indicate that adult S. fimbriata is partial to zooplanktons which are DHA rich while adult S. longiceps feed mainly on EPA rich phytoplankton. Juveniles of both species, found mainly in winter, had a gut content showing more mixed diet. This difference in the feeding pattern reflect clearly in their PUFA profile – adult S. longiceps, which dominate the catch during the spawn season, feeding mostly on phytoplankton is concentrated with EPA while the juveniles which are found mostly in the winter season has slightly less EPA proportion as compared to adults. The same is true for S. fimbriata adults that are caught mostly in the spawning season; being rich in DHA as they feed mainly on zooplankton while the juveniles caught during winter season has a relatively lower concentration of DHA in their total PUFA.Various extraction procedures are known to obtain PUFA from fish oil. However, most of them do not give high purity and do not use materials indicated as safe. PUFA extracts have to be edible and should not have harmful substances for applying on mice and human subjects. Some PUFA extraction procedures, though pure and non-toxic, might induce cis-trans conversions during the extraction process. This conversion destroys the benefits of PUFA and at times is harmful to human body. A method free from these limitations has been standardized for this study. Gas Chromatography was performed on the extracts thus made to ensure that it is substantially pure. EPA: DHA ratios for both samples were derived - for S. longiceps this ratio was 3:2, while it was 3:8 for S. fimbriata.Eight common strains of gram positive and gram negative bacterial strains were subjected to the PUFA extracts from both species dissolved in acetone solution using Agar Well Diffusion method. The activity was studied against an acetone control. At the end of incubation period, zones of inhibition were measured to estimate the activity. Minimum inhibitory concentration for each of the active combinations was calculated by keeping p < 0.01 as significant. Four of the bacteria including multi-resistant Staphylococcus aureus were shown to be inhibited by the fish extracts. It was also found that the extracts from S. fimbriata were better than the one from S. longiceps in annihilating harmful bacteria.Four groups of mice subjects were studied to evaluate the antidiabetic properties of the PUFA extracts. Three groups were induced diabetes by administration of alloxan tetra hydrate. One group without diabetes was kept as control and another with diabetes was kept as diabetic control. For two diabetic groups, a prescribed amount of fish extracts were fed from each of the extracts. The biochemical parameters like serum glucose, total cholesterol, LDL & HDL cholesterol, triglycerides, urea and creatinine were sampled from all four groups at regular intervals of 7 days for a period of 28 days. It was found that groups fed with fish extracts had marked improvement in the levels of total LDL & HDL cholesterol, triglycerides and creatinine. Groups fed with extracts from S. fimbriata seem to have fared better as compared to S. longiceps. However, both groups did not show any marked improvement in blood glucose levels or levels of urea.Cell lines of MCF-7 (Breast Cancer) and DU-145 (Prostate Cancer) were used to analyse the cytotoxicity of the PUFA extracts. Both cell lines were subjected to MTT Assay and later the plates were read using an ELISA reader at a wavelength of 570nm. It was found that both extracts had significant cytotoxic effects against both cell lines and a peak cytotoxicity of 85-90% was apparent. IC50 values were calculated from the graphs and it was found that S. longiceps extracts had a slightly lower IC50 value indicating that it is toxic even at a lower concentration as compared to extracts from S. fimbriata.This study summarizes the bioactivity profile of PUFA extracts and provides recommendation for dietary intake; fish based nutritional industry and indigenous pharmaceutical industry. Possible future directions of this study are also elaborated.

Protein-Expressions-Analysen zur Etablierung prädiktiver Biomarker bei der Behandlung fortgeschrittener Tumoren der Mamma und der Prostata

Aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der zielgerichteten Therapie zur Behandlung maligner Erkrankungen erfordern neuartige Verfahren zur Diagnostik und Selektion geeigneter Patienten. So ist das Ziel der vorliegenden Arbeit die Identifizierung neuer Zielmoleküle, die die Vorhersage eines Therapieerfolges mit targeted drugs ermöglichen. Besondere Aufmerksamkeit gilt dem humanisierten monoklonalen Antikörper Trastuzumab (Herceptin), der zur Therapie Her-2 überexprimierender, metastasierter Mammakarzinome eingesetzt wird. Jüngste Erkenntnisse lassen eine Anwendung dieses Medikamentes in der Behandlung des Hormon-unabhängigen Prostatakarzinoms möglich erscheinen. Therapie-beeinflussende Faktoren werden in der dem Rezeptor nachgeschalteten Signaltransduktion oder Veränderungen des Rezeptors selbst vermutet. Mittels Immunhistochemie wurden die Expressions- und Aktivierungsniveaus verschiedener Proteine der Her-2-assoziierten Signaltransduktion ermittelt; insgesamt wurden 37 molekulare Marker untersucht. In Formalin fixierte und in Paraffin eingebettete korrespondierende Normal- und Tumorgewebe von 118 Mammakarzinom-Patientinnen sowie 78 Patienten mit Prostatakarzinom wurden in TMAs zusammengefasst. Die in Zusammenarbeit mit erfahrenen Pathologen ermittelten Ergebnisse dienten u.a. als Grundlage für zweidimensionales, unsupervised hierarchisches clustering. Ergebnis dieser Analysen war für beide untersuchten Tumorentitäten die Möglichkeit einer Subklassifizierung der untersuchten Populationen nach molekularen Eigenschaften. Hierbei zeigten sich jeweils neue Möglichkeiten zur Anwendung zielgerichteter Therapien, deren Effektivität Inhalt weiterführender Studien sein könnte. Zusätzlich wurden an insgesamt 43 Frischgeweben die möglichen Folgen des sog. shedding untersucht. Western Blot-basierte Untersuchungen zeigten hierbei die Möglichkeit der Selektion von Patienten aufgrund falsch-positiver Befunde in der derzeit als Standard geltenden Diagnostik. Zusätzlich konnte durch Vergleich mit einer Herceptin-sensitiven Zelllinie ein möglicher Zusammenhang eines Therapieerfolges mit dem Phosphorylierungs-/ Aktivierungszustand des Rezeptors ermittelt werden. Fehlende klinische Daten zum Verlauf der Erkrankung und Therapie der untersuchten Patienten lassen keine Aussagen über die tatsächliche Relevanz der ermittelten Befunde zu. Dennoch verdeutlichen die erhaltenen Resultate eindrucksvoll die Komplexität der molekularen Vorgänge, die zu einem Krebsgeschehen führen und damit Auswirkungen auf die Wirksamkeit von targeted drugs haben können. Entwicklungen auf dem Gebiet der zielgerichteten Therapie erfordern Verbesserungen auf dem Gebiet der Diagnostik, die die sichere Selektion geeigneter Patienten erlauben. Die Zukunft der personalisierten, zielgerichteten Behandlung von Tumorerkrankungen wird verstärkt von molekularen Markerprofilen hnlich den hier vorgestellten Daten beeinflusst werden.

Evolución de la mortalidad por cáncer de próstata en Colombia: estudio ecológico

Introducción y objetivos: Universalmente se evidencia un aumento en la incidencia de cáncer prostático, consecuencia de una mayor expectativa de vida y del uso del tamizaje con el antígeno prostático específi co. La mortalidad secundaria es variable y constituye un problema de salud pública. El presente estudio busca describir la evolución de la mortalidad por cáncer de próstata en Colombia en el ámbito nacional y regional. Materiales y métodos: Se desarrolló un estudio ecológico mixto, teniendo como grupos de estudio: el país, sus regiones y departamentos, con una serie temporal de 1997 a 2012 para el país, y de 2008 a 2012 para las regiones y departamentos; se incluyeron todas las defunciones relacionadas con el código CIE-10 C61 de la base de estadísticas del Departamento Administrativo Nacional de Estadísticas. Resultados: Se encontró una tasa de mortalidad nacional entre el 8,9 y el 10,9 por cada 100.000 habitantes hombres en la serie temporal. En las regiones pacífica y andina, se encuentran las mayores tasas de mortalidad. Los departamentos del César y Valle concentran las mayores tasas de mortalidad. La tasa estandarizada de mortalidad nacional es similar a otros países de características socioeconómicas semejantes. Conclusiones: La tasa de mortalidad por cáncer de próstata en Colombia ha disminuido en los últimos 4 años. Se deben optimizar las estrategias de atención médica en regiones con predominio de raza negra y población rural, donde las tasas son superiores al promedio.

Polimorfismos del gen Butirilcolinesterasa responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína”

La butirilcolinesterasa humana (BChE; EC 3.1.1.8) es una enzima polimórfica sintetizada en el hígado y en el tejido adiposo, ampliamente distribuida en el organismo y encargada de hidrolizar algunos ésteres de colina como la procaína, ésteres alifáticos como el ácido acetilsalicílico, fármacos como la metilprednisolona, el mivacurium y la succinilcolina y drogas de uso y/o abuso como la heroína y la cocaína. Es codificada por el gen BCHE (OMIM 177400), habiéndose identificado más de 100 variantes, algunas no estudiadas plenamente, además de la forma más frecuente, llamada usual o silvestre. Diferentes polimorfismos del gen BCHE se han relacionado con la síntesis de enzimas con niveles variados de actividad catalítica. Las bases moleculares de algunas de esas variantes genéticas han sido reportadas, entre las que se encuentra las variantes Atípica (A), fluoruro-resistente del tipo 1 y 2 (F-1 y F-2), silente (S), Kalow (K), James (J) y Hammersmith (H). En este estudio, en un grupo de pacientes se aplicó el instrumento validado Lifetime Severity Index for Cocaine Use Disorder (LSI-C) para evaluar la gravedad del consumo de “cocaína” a lo largo de la vida. Además, se determinaron Polimorfismos de Nucleótido Simple (SNPs) en el gen BCHE conocidos como responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína” mediante secuenciación del gen y se predijo el efecto delos SNPs sobre la función y la estructura de la proteína, mediante el uso de herramientas bio-informáticas. El instrumento LSI-C ofreció resultados en cuatro dimensiones: consumo a lo largo de la vida, consumo reciente, dependencia psicológica e intento de abandono del consumo. Los estudios de análisis molecular permitieron observar dos SNPs codificantes (cSNPs) no sinónimos en el 27.3% de la muestra, c.293A>G (p.Asp98Gly) y c.1699G>A (p.Ala567Thr), localizados en los exones 2 y 4, que corresponden, desde el punto de vista funcional, a la variante Atípica (A) [dbSNP: rs1799807] y a la variante Kalow (K) [dbSNP: rs1803274] de la enzima BChE, respectivamente. Los estudios de predicción In silico establecieron para el SNP p.Asp98Gly un carácter patogénico, mientras que para el SNP p.Ala567Thr, mostraron un comportamiento neutro. El análisis de los resultados permite proponer la existencia de una relación entre polimorfismos o variantes genéticas responsables de una baja actividad catalítica y/o baja concentración plasmática de la enzima BChE y algunas de las reacciones adversas ocurridas en pacientes consumidores de cocaína.

Radioterapia de salvamento para cáncer de próstata y recaída bioquímica: cinco años de experiencia. Instituto Nacional de Cancerología

Los pacientes con cáncer de próstata con tumores de riesgo bajo e intermedio de recaída pueden ser tratados con cirugía, radioterapia, y en casos seleccionados observación. Los pacientes en nuestro país, son tratados con prostatectomía radical, los cuales tienen una probabilidad de recaída bioquímica del 15% al 40% a 5 años (1,2,3). Metodología: estudio descriptivo, retrospectivo, tipo serie de casos. Se revisaron los registros de todos que recibieron radioterapia de salvamento que ofrece para a aquellos pacientes que ya tienen recaída bioquímica o local después de la Prostatectomia Radical, entre enero de 2003 y diciembre de 2007. Resultado: entre los 40 pacientes elegibles para el análisis, la media de seguimiento fue de 2,17 años, con una desviación estándar de 1,5 años, con un rango de 0 a 58 meses, la media de la edad fue de 66,12 años, con una desviación estándar de 6,63, con un rango entre 50 y 78 años. Todos los pacientes le realizaron prostatectomía. La media de supervivencia libre de enfermedad con intervalos de confianza del 95% fue de 4,58 años (2,24 a 4,92 años). Discusión: analizados los resultados en éste grupo de pacientes con cáncer de próstata sometidos a prostatectomía radical y radioterapia como terapia de salvamento, con un seguimiento promedio de 2,17 años, observamos que los resultados obtenidos en el presente estudio son inferiores a los registrados en otros reportes en la literatura (16-20).