Rôle de GPR40 dans la survie et la prolifération cellulaires induites par l’oléate dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de cancer de la prostate DU145

La relation entre l’obésité et le cancer, bien qu’établie par des études épidémiologiques, est peu connue. Pourtant, environ 25 % des cancers pourraient y être attribuables. Parmi les cancers reliés à l’obésité, les cancers du côlon, du sein chez les femmes ménopausées et de la prostate sont les plus fréquents. Des études sur modèles animaux ont suggéré une association positive entre une diète riche en gras et le développement du cancer mammaire et de la prostate. Nous avons étudié les mécanismes moléculaires par lesquels les acides gras influencent le devenir de lignées de cellules cancéreuses du sein et de la prostate. Ces travaux ont montré que les acides gras insaturés, dont l’oléate, induisent la prolifération cellulaire tandis que les acides gras saturés, dont le palmitate, diminuent la prolifération. Un traitement à l’oléate stimule la formation de gouttelettes lipidiques dans le cytoplasme des cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145 alors qu’un traitement au palmitate entraîne l’apoptose. Le mécanisme d’action de l’oléate sur la prolifération a été étudié de façon plus approfondie. L’utilisation d’inhibiteurs pharmacologiques nous a permis de déterminer que l’effet prolifératif de l’oléate implique la voie PI3K/Akt, la voie ERK1/2 et l’activation d’un ou de plusieurs récepteur(s) couplé(s) aux protéines G (GPCR). L’oléate induit la phosphorylation rapide des protéines Akt et ERK1/2 dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145. Au cours des dernières années, deux GPCRs ont été identifiés comme étant activables par des acides gras à moyennes et à longues chaînes, GPR40 et GPR120. GPR40 étant exprimé dans plusieurs lignées cellulaires de cancer du sein et de la prostate contrairement à l’expression de GPR120 qui était inexistante dans la plupart des lignées, nous avons étudié l’implication de GPR40 dans l’effet prolifératif de l’oléate. Ces deux récepteurs n’étant pas exprimés dans les cellules épithéliales mammaires humaines en culture primaire, ces cellules ne répondent pas aux effets de l’oléate sur la prolifération et l’activation des voies de signalisation. L’activation des voies Akt et ERK1/2 par l’oléate dans les cellules MDA-MB-231 et DU145 est potentialisée par la surexpression du récepteur GPR40 et inhibée par l’utilisation d’un siRNA dirigé contre ce récepteur. Cependant, la prolifération induite par l’oléate ne semble pas affectée par la présence d’un siRNA dirigé contre GPR40. L’oléate étant un acide gras, il est capable d’entrer librement dans les cellules et une partie de ses effets sur la prolifération pourrait être attribuée à sa métabolisation. Un agoniste de GPR40, le GW9508, est en mesure d’activer GPR40 sans toutefois entrer dans les cellules ni activer le métabolisme de l’oléate. Le GW9508 stimule la phosphorylation des protéines Akt et ERK1/2 dans les cellules du cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145, mais il n’est pas en mesure d’induire la prolifération cellulaire comme le fait l’oléate. Ces résultats nous permettent de mieux comprendre le mécanisme d’action de l’oléate sur les cellules de cancer du sein et de la prostate. L’oléate induit la signalisation de GPR40 qui est impliquée dans l’activation rapide des voies de signalisation Akt et ERK1/2. De son côté, l’effet prolifératif induit par l’oléate s’effectue par un mécanisme GPR40-indépendant, possiblement lié au métabolisme de l’oléate.

Caractérisation de DKK1 comme antigène tumoral et manipulation des lymphocytes T CD8 : utilisation de la voie de Wnt en immunothérapie du cancer

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie.

Implication de MEK1 et MEK2 dans l'initiation et la progression du cancer colorectal

Une dérégulation de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 est observée dans plus de 30% des cancers et des mutations activatrices de RAS sont observées dans 30% à 50% des adénomes colorectaux. À la suite d’une analyse extensive de biopsies de tumeurs colorectales humaines par micromatrices tissulaires (TMA), nous avons observé que 44% des tissus cancéreux exprimaient MEK1/2 phosphorylés, contre 10% des tissus normaux. L'analyse des TMA a également révélé que 79% des tumeurs arboraient un marquage nucléaire de MEK1/2 phosphorylés, contre 4 % pour les tissus normaux. Bien que la voie MEK/ERK1/2 soit fréquemment activée dans les cancers, le rôle précis des isoformes de MEK1 et de MEK2 n'a jamais été clairement établie. De même, l'impact de cette localisation nucléaire aberrante de phospho-MEK1/2, dans l'initiation et la progression des cancers colorectaux, est inconnu. Lors d'un premier projet, nous avons démontré, que l’expression de MEK1 ou MEK2 activé est suffisante pour transformer in vitro des cellules intestinales épithéliales de rat (IEC-6). L'expression des mutants actifs de MEK1 ou MEK2 est suffisante pour induire une dérégulation de la prolifération cellulaire et engendrer la formation d'adénocarcinomes invasifs dans un modèle de greffe orthotopique du côlon chez la souris. Nous avons également démontré que l'inhibition de MEK2 par shRNA supprime complètement la prolifération des lignées humaines de cancer du côlon, alors que la suppression de MEK1 a peu d'effet sur la capacité de prolifération. Le deuxième projet, nous a permis d'observer que l'expression d'un mutant nucléaire de MEK1 dans les cellules IEC-6 transforme drastiquement les cellules. Une augmentation de prolifération, une résistance à l'anoikose, un dérèglement du cycle cellulaire, de l'instabilité chromosomique (CIN), de la tétra/aneuploïdie sont observés. La caractérisation des mécanismes responsables de cette localisation aberrante de MEK1/2 phosphorylés, a permis d'identifier la protéine Sef, un régulateur de la localisation cytoplasmique de MEK/ERK1/2. Nous avons démontré que l'expression d'une forme oncogénique de Ras (H-RasV12) inhibe l'expression de Sef, engendrant alors une accumulation nucléaire de MEK1/2 activés. Plus encore, la réexpression de Sef restaure la localisation cytoplasmique de MEK1/2 et renverse les propriétés tumorigéniques ainsi que l'aneuploïdie induite par Ras activé. Un troisième projet, visant la caractérisation des mécanismes associés à la CIN et à l'aneuploïde engendrés par l'activation aberrante de la voie de Ras-ERK1/2, a permis d'observer que l'hyperactivation de ERK1/2 induit des anomalies mitotiques menant à la binucléation. Une localisation erronée et une surexpression de la kinase Aurora A, de même que des protéines de passage du complexe chromosomique (CPC), Aurora B, Survivine et INCENP, sont observées. L'inhibition partielle de l'activation de ERK1/2 par de faible dose de PD184352, un inhibiteur de MEK1/2, est suffisante pour renverser la surexpression de ces régulateurs mitotiques, de même que corriger les anomalies de la mitose et réduire la tétra/aneuploïdie engendrée par Ras oncogénique. Ainsi, nous avons démontré, pour la première fois, que la voie des MAP kinases ERK1/2 est impliquée dans la CIN, la tétraploïdie et l'aneuploïdie. Nos résultats suggèrent que la perte de Sef est un événement oncogénique précoce, qui contribue à la localisation nucléaire aberrante de MEK1/2 qui est observée dans les tumeurs colorectales. Cette localisation anormale de MEK1/2 est associée à l'initiation de la transformation, la progression tumorale et la CIN, via l'activité soutenue de ERK1/2. Ces informations sont capitales et démontrent l’importance de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 dans le processus de tumorigénèse colorectale.

Evaluation of valosin containing protein (P97) as a cancer biomaker in canine lymphomas

Le lymphome est l'une des tumeurs les plus communes tant chez le chien que l’humain. Chaque année, un nombre important de chiens développe ce cancer agressif. La majorité décédant un an suivant le diagnostic. Le lymphome canin est maintenant identifié comme un excellent modèle de recherche pour la tumeur chez l'homme, particulièrement en ce qui concerne la biologie moléculaire de la maladie. En conséquence, la recherche sur le lymphome canin sera bénéfique non seulement pour les chiens mais aussi pour l’oncologie humaine. Parmi les méthodes diagnostiques de choix pour dépister de façon hâtive le lymphome se trouve la mesure de marqueurs tumoraux. Ceci a l’avantage d’être peu invasive, simple et peu dispendieuse. Ainsi, dans le but d’évaluer la protéine VCP (valosin containing protein) comme biomarqueur tumoral dans les lymphomes canins à cellules B et T, nous avons évalué la protéine VCP par immunobuvardage sur sérums et tissus tumoraux de chiens atteints et par immunohistochimie sur des tumeurs de haut grade, grade intermédiaire et bas grade. Pour mieux définir l’expression de VCP dans les cellules cancéreuses, nous avons également examiné par immunobuvardage les niveaux de VCP dans 3 lignées cellulaires: CLBL-1, CL-1, et 17-71. Il s’avère que les lymphomes à cellules B de haut grade avaient une élévation significative du taux de VCP comparé aux tumeurs de bas grade (P < 0,05). De même, une accumulation importante de VCP a également été détectée dans les lignées tumorales comparées aux cellules mononucléaires du sang périphérique (P < 0,05). D’autre part, le taux sérique de VCP est resté similaire à ceux des chiens normaux. Ces résultats suggèrent une corrélation entre le taux de VCP et le degré de malignité des lymphomes à cellules B. En conclusion, la protéine VCP doit faire l’objet d’une évaluation approfondie pour déterminer son utilité comme marqueur pronostique.

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

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

Aluminium, antiperspirants and breast cancer

Aluminium salts are used as the active antiperspirant agent in underarm cosmetics, but the effects of widespread, long term and increasing use remain unknown, especially in relation to the breast, which is a local area of application. Clinical studies showing a disproportionately high incidence of breast cancer in the upper outer quadrant of the breast together with reports of genomic instability in outer quadrants of the breast provide supporting evidence for a role for locally applied cosmetic chemicals in the development of breast cancer. Aluminium is known to have a genotoxic profile, capable of causing both DNA alterations and epigenetic effects, and this would be consistent with a potential role in breast cancer if such effects occurred in breast cells. Oestrogen is a well established influence in breast cancer and its action, dependent on intracellular receptors which function as ligand-activated zinc finger transcription factors, suggests one possible point of interference from aluminium. Results reported here demonstrate that aluminium in the form of aluminium chloride or aluminium chlorhydrate can interfere with the function of oestrogen receptors of MCF7 human breast cancer cells both in terms of ligand binding and in terms of oestrogen-regulated reporter gene expression. This adds aluminium to the increasing list of metals capable of interfering with oestrogen action and termed metal I oestrogens. Further studies are now needed to identify the molecular basis of this action, the longer term effects of aluminium exposure and whether aluminium can cause aberrations to other signalling pathways in breast cells. Given the wide exposure of the human population to antiperspirants, it will be important to establish dermal absorption in the local area of the breast and whether long term low level absorption could play a role in the increasing incidence of breast cancer. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Aluminium and human breast diseases

The human breast is exposed to aluminium from many sources including diet and personal care products, but dermal application of aluminium-based antiperspirant salts provides a local long-term source of exposure. Recent measurements have shown that aluminium is present in both tissue and fat of the human breast but at levels which vary both between breasts and between tissue samples from the same breast. We have recently found increased levels of aluminium in noninvasively collected nipple aspirate fluids taken from breast cancer patients (mean 268±28 g/l) compared with control healthy subjects (mean 131±10 g/l) providing evidence of raised aluminium levels in the breast microenvironment when cancer is present. The measurement of higher levels of aluminium in type I human breast cyst fluids (median 150g/l) compared with human serum (median 6g/l) or human milk (median 25g/l) warrants further investigation into any possible role of aluminium in development of this benign breast disease. Emerging evidence for aluminium in several breast structures now requires biomarkers of aluminium action in order to ascertain whether the presence of aluminium has any biological impact. To this end, we report raised levels of proteins that modulate iron homeostasis (ferritin, transferrin) in parallel with raised aluminium in nipple aspirate fluids in vivo, and we report overexpression of mRNA for several S100 calcium binding proteins following long-term exposure of MCF-7 human breast cancer cells in vitro to aluminium chlorhydrate.

Antigenotoxicity of probiotics and prebiotics on faecal water-induced DNA damage in human colon adenocarcinoma cells

Six strains of lactic acid producing bacteria (LAB) were incubated (1 x 10(8)cfu/ml) with genotoxic faecal water from a human subject. HT29 human adenocarcinoma cells were then challenged with the resultant samples and DNA damage measured using the single cell gel electrophoresis (comet) assay. The LAB strains investigated were Bifidobacterium sp. 420, Bifidobacterium Bb12, Lactobacillus plantarum, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus and Enterococcus faecium. DNA damage was significantly decreased by all bacteria used with the exception of Strep. thermophilus. Bif. Bb12 and Lact. plantarum showed the greatest protective effect against DNA damage. Incubation of faecal water with different concentrations of Bif. Bb12 and Lact. plantarum revealed that the decrease in genotoxicity was related to cell density. Non-viable (heat treated) probiotic cells had no effect on faecal water genotoxicity. In a second study, HT29 cells were cultured in the presence of supernatants of incubations of probiotics with various carbohydrates including known prebiotics; the HT29 cells were then exposed to faecal water. Overall, incubations involving Lact. plantarum with the fructooligosaccharide (FOS)-based prebiotics Inulin, Raftiline, Raftilose and Actilight were the most effective in increasing the cellular resistance to faecal water genotoxicity, whereas fermentations with Elixor (a galactooligosaccharide) and Fibersol (a maltodextrin) were less effective. Substantial reductions in faecal water-induced DNA damage were also seen with supernatants from incubation of prebiotics with Bif. Bb12. The supernatant of fermentations involving Ent. faecium and Bif. sp. 420 generally had less potent effects on genotoxicity although some reductions with Raftiline and Elixor fermentations were apparent.

Carbon monoxide mediates the anti-apoptotic effects of heme oxygenase-1 in medulloblastoma DAOY cells via K+ channel inhibition

Tumor cell survival and proliferation is attributable in part to suppression of apoptotic pathways, yet the mechanisms by which cancer cells resist apoptosis are not fully understood. Many cancer cells constitutively express heme oxygenase-1 (HO-1), which catabolizes heme to generate biliverdin, Fe(2+), and carbon monoxide (CO). These breakdown products may play a role in the ability of cancer cells to suppress apoptotic signals. K(+) channels also play a crucial role in apoptosis, permitting K(+) efflux which is required to initiate caspase activation. Here, we demonstrate that HO-1 is constitutively expressed in human medulloblastoma tissue, and can be induced in the medulloblastoma cell line DAOY either chemically or by hypoxia. Induction of HO-1 markedly increases the resistance of DAOY cells to oxidant-induced apoptosis. This effect was mimicked by exogenous application of the heme degradation product CO. Furthermore we demonstrate the presence of the pro-apoptotic K(+) channel, Kv2.1, in both human medulloblastoma tissue and DAOY cells. CO inhibited the voltage-gated K(+) currents in DAOY cells, and largely reversed the oxidant-induced increase in K(+) channel activity. p38 MAPK inhibition prevented the oxidant-induced increase of K(+) channel activity in DAOY cells, and enhanced their resistance to apoptosis. Our findings suggest that CO-mediated inhibition of K(+) channels represents an important mechanism by which HO-1 can increase the resistance to apoptosis of medulloblastoma cells, and support the idea that HO-1 inhibition may enhance the effectiveness of current chemo- and radiotherapies.

Isolation of novel multipotent neural crest-derived stem cells from adult human inferior turbinate

Adult human neural crest-derived stem cells (NCSCs) are of extraordinary high plasticity and promising candidates for the use in regenerative medicine. Here we describe for the first time a novel neural crest-derived stem cell population within the respiratory epithelium of human adult inferior turbinate. In contrast to superior and middle turbinates, high amounts of source material could be isolated from human inferior turbinates. Using minimally-invasive surgery methods isolation is efficient even in older patients. Within their endogenous niche, inferior turbinate stem cells (ITSCs) expressed high levels of nestin, p75(NTR), and S100. Immunoelectron microscopy using anti-p75 antibodies displayed that ITSCs are of glial origin and closely related to nonmyelinating Schwann cells. Cultivated ITSCs were positive for nestin and S100 and the neural crest markers Slug and SOX10. Whole genome microarray analysis showed pronounced differences to human ES cells in respect to pluripotency markers OCT4, SOX2, LIN28, and NANOG, whereas expression of WDR5, KLF4, and c-MYC was nearly similar. ITSCs were able to differentiate into cells with neuro-ectodermal and mesodermal phenotype. Additionally ITSCs are able to survive and perform neural crest typical chain migration in vivo when transplanted into chicken embryos. However ITSCs do not form teratomas in severe combined immunodeficient mice. Finally, we developed a separation strategy based on magnetic cell sorting of p75(NTR) positive ITSCs that formed larger neurospheres and proliferated faster than p75(NTR) negative ITSCs. Taken together our study describes a novel, readily accessible source of multipotent human NCSCs for potential cell-replacement therapy.

The impact of date palm fruits and their component polyphenols, on gut microbial ecology, bacterial metabolites and colon cancer cell proliferation

The fruit of the date palm (Phoenix dactylifera L.) is a rich source of dietary fibre and polyphenols. We have investigated gut bacterial changes induced by the whole date fruit extract (digested date extract; DDE) and its polyphenol-rich extract (date polyphenol extract; DPE) using faecal, pH-controlled, mixed batch cultures mimicking the distal part of the human large intestine, and utilising an array of microbial group-specific 16S rRNA oligonucleotide probes. Fluorescence microscopic enumeration indicated that there was a significant increase in the growth of bifidobacteria in response to both treatments, whilst whole dates also increased bacteroides at 24 h and the total bacterial counts at later fermentation time points when compared with DPE alone. Bacterial metabolism of whole date fruit led to the production of SCFA, with acetate significantly increasing following bacterial incubation with DDE. In addition, the production of flavonoid aglycones (myricetin, luteolin, quercetin and apigenin) and the anthocyanidin petunidin in less than 1 h was also observed. Lastly, the potential of DDE, DPE and metabolites to inhibit Caco-2 cell growth was investigated, indicating that both were capable of potentially acting as antiproliferative agents in vitro, following a 48 h exposure. This potential to inhibit growth was reduced following fermentation. Together these data suggest that consumption of date fruits may enhance colon health by increasing beneficial bacterial growth and inhibiting the proliferation of colon cancer cells. This is an early suggestion that date intake by humans may aid in the maintenance of bowel health and even the reduction of colorectal cancer development.

Aluminium and the human breast

The human population is exposed to aluminium (Al) from diet, antacids and vaccine adjuvants, but frequent application of Al-based salts to the underarm as antiperspirant adds a high additional exposure directly to the local area of the human breast. Coincidentally the upper outer quadrant of the breast is where there is also a disproportionately high incidence of breast cysts and breast cancer. Al has been measured in human breast tissues/fluids at higher levels than in blood, and experimental evidence suggests that at physiologically relevant concentrations, Al can adversely impact on human breast epithelial cell biology. Gross cystic breast disease is the most common benign disorder of the breast and evidence is presented that Al may be a causative factor in formation of breast cysts. Evidence is also reviewed that Al can enable the development of multiple hallmarks associated with cancer in breast cells, in particular that it can cause genomic instability and inappropriate proliferation in human breast epithelial cells, and can increase migration and invasion of human breast cancer cells. In addition, Al is a metalloestrogen and oestrogen is a risk factor for breast cancer known to influence multiple hallmarks. The microenvironment is established as another determinant of breast cancer development and Al has been shown to cause adverse alterations to the breast microenvironment. If current useage patterns of Al-based antiperspirant salts contribute to causation of breast cysts and breast cancer, then reduction in exposure would offer a strategy for prevention, and regulatory review is now justified.

Changes in histone acetylation and methylation that are important for persistent but not transient expression of CCR4 in human CD4(+) T cells

Although regulation of CXCR3 and CCR4 is related to Th1 and Th2 differentiation, respectively, many CXCR3(+) and CCR4(+) cells do not express IFN-gamma and/or IL-4, suggesting that the chemokine receptor genes might be inducible by mechanisms that are lineage-independent. We investigated the regulation of CXCR3 versus IFNG, and CCR4 versus IL4 in human CD4(+) T cells by analyzing modifications of histone H3. In naive cord-blood cells, under nonpolarizing conditions not inducing IL4, CCR4 was induced to high levels without many of the activation-associated changes in promoter histone H3 found for both IL4 and CCR4 in Th2 cells. Importantly, CCR4 expression was stable in Th2 cells, but fell in nonpolarized cells after the cells were rested; this decline could be reversed by increasing histone acetylation using sodium butyrate. Patterns of histone H3 modifications in CXCR3(+) CCR4(-) and CXCR3(-) CCR4(+) CD4(+) T-cell subsets from adult blood matched those in cells cultured under polarizing conditions in vitro. Our data show that high-level lineage-independent induction of CCR4 can occur following T-cell activation without accessibility-associated changes in histone H3, but that without such changes expression is transient rather than persistent.

Differential Antitumor Effects of IgG and IgM Monoclonal Antibodies and Their Synthetic Complementarity-Determining Regions Directed to New Targets of B16F10-Nex2 Melanoma Cells

Malignant melanoma has increased incidence worldwide and causes most skin cancer-related deaths. A few cell surface antigens that can be targets of antitumor immunotherapy have been characterized in melanoma. This is an expanding field because of the ineffectiveness of conventional cancer therapy for the metastatic form of melanoma. In the present work, antimelanoma monoclonal antibodies (mAbs) were raised against B16F10 cells (subclone Nex4, grown in murine serum), with novel specificities and antitumor effects in vitro and in vivo. MAb A4 (IgG2ak) recognizes a surface antigen on B16F10-Nex2 cells identified as protocadherin beta(13). It is cytotoxic in vitro and in vivo to B16F10-Nex2 cells as well as in vitro to human melanoma cell lines. MAb A4M (IgM) strongly reacted with nuclei of permeabilized murine tumor cells, recognizing histone 1. Although it is not cytotoxic in vitro, similarly with mAb A4, mAb A4M significantly reduced the number of lung nodules in mice challenged intravenously with B16F10-Nex2 cells. The V(H) CDR3 peptide from mAb A4 and V(L) CDR1 and CDR2 from mAb A4M showed significant cytotoxic activities in vitro, leading tumor cells to apoptosis. A cyclic peptide representing A4 CDR H3 competed with mAb A4 for binding to melanoma cells. MAb A4M CDRs L1 and L2 in addition to the antitumor effect also inhibited angiogenesis of human umbilical vein endothelial cells in vitro. As shown in the present work, mAbs A4 and A4M and selected CDR peptides are strong candidates to be developed as drugs for antitumor therapy for invasive melanoma.

Melatonin Protects CD4(+) T Cells from Activation-Induced Cell Death by Blocking NFAT-Mediated CD95 Ligand Upregulation

Over the past 20 y, the hormone melatonin was found to be produced in extrapineal sites, including cells of the immune system. Despite the increasing data regarding the biological effects of melatonin on the regulation of the immune system, the effect of this molecule on T cell survival remains largely unknown. Activation-induced cell death plays a critical role in the maintenance of the homeostasis of the immune system by eliminating self-reactive or chronically stimulated T cells. Because activated T cells not only synthesize melatonin but also respond to it, we investigated whether melatonin could modulate activation-induced cell death. We found that melatonin protects human and murine CD4(+) T cells from apoptosis by inhibiting CD95 ligand mRNA and protein upregulation in response to TCR/CD3 stimulation. This inhibition is a result of the interference with calmodulin/calcineurin activation of NFAT that prevents the translocation of NFAT to the nucleus. Accordingly, melatonin has no effect on T cells transfected with a constitutively active form of NFAT capable of migrating to the nucleus and transactivating target genes in the absence of calcineurin activity. Our results revealed a novel biochemical pathway that regulates the expression of CD95 ligand and potentially other downstream targets of NFAT activation. The Journal of Immunology, 2010, 184: 3487-3494.