Fumonisins and Alternaria alternata lycopersici toxins: sphinganine analog mycotoxins induce apoptosis in monkey kidney cells.

Fusarium moniliforme toxins (fumonisins) and Alternaria alternata lycopersici (AAL) toxins are members of a new class of sphinganine analog mycotoxins that occur widely in the food chain. These mycotoxins represent a serious threat to human and animal health, inducing both cell death and neoplastic events in mammals. The mechanisms by which this family of chemical congeners induce changes in cell homeostasis were investigated in African green monkey kidney cells (CV-1) by assessing the appearance of apoptosis, cell cycle regulation, and putative components of signal transduction pathways involved in apoptosis. Structurally, these mycotoxins resemble the sphingoid bases, sphingosine and sphinganine, that are reported to play critical roles in cell communication and signal transduction. The addition of fumonisin B1 or AAL toxin, TA, to CV-1 cells induced the stereotypical hallmarks of apoptosis, including the formation of DNA ladders, compaction of nuclear DNA, and the subsequent appearance of apoptotic bodies. Neither mycotoxin induced cell death, DNA ladders, or apoptotic bodies in CV-1 cells expressing simian virus 40 large T antigen (COS-7) at toxin concentrations that readily killed CV-1 cells. Fumonisin B1 induced cell cycle arrest in the G1 phase in CV-1 cells but not in COS-7 cells. AAL toxin TA did not arrest cell cycle progression in either cell line. The induction of apoptosis combined with the widespread presence of these compounds in food crops and animal feed identifies a previously unrecognized health risk to humans and livestock. These molecules also represent a new class of natural toxicants that can be used as model compounds to further characterize the molecular and biochemical pathways leading to apoptosis.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Mechanisms of B and T lymphocyte accumulation in tumor-draining lymph nodes

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Transcriptome analysis of a cnidarian-dinoflagellate mutualism reveals complex modulation of host gene expression

Background: Cnidarian - dinoflagellate intracellular symbioses are one of the most important mutualisms in the marine environment. They form the trophic and structural foundation of coral reef ecosystems, and have played a key role in the evolutionary radiation and biodiversity of cnidarian species. Despite the prevalence of these symbioses, we still know very little about the molecular modulators that initiate, regulate, and maintain the interaction between these two different biological entities. In this study, we conducted a comparative host anemone transcriptome analysis using a cDNA microarray platform to identify genes involved in cnidarian - algal symbiosis. Results: We detected statistically significant differences in host gene expression profiles between sea anemones ( Anthopleura elegantissima) in a symbiotic and non-symbiotic state. The group of genes, whose expression is altered, is diverse, suggesting that the molecular regulation of the symbiosis is governed by changes in multiple cellular processes. In the context of cnidarian dinoflagellate symbioses, we discuss pivotal host gene expression changes involved in lipid metabolism, cell adhesion, cell proliferation, apoptosis, and oxidative stress. Conclusion: Our data do not support the existence of symbiosis- specific genes involved in controlling and regulating the symbiosis. Instead, it appears that the symbiosis is maintained by altering expression of existing genes involved in vital cellular processes. Specifically, the finding of key genes involved in cell cycle progression and apoptosis have led us to hypothesize that a suppression of apoptosis, together with a deregulation of the host cell cycle, create a platform that might be necessary for symbiont and/or symbiont-containing host cell survival. This first comprehensive molecular examination of the cnidarian - dinoflagellate associations provides critical insights into the maintenance and regulation of the symbiosis.

Disparate effects of non-steroidal anti-inflammatory drugs on apoptosis in guinea-pig gastric mucous cells: inhibition of basal apoptosis by diclofenac

Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) induce apoptosis in gastrointestinal cancer cell lines. Similar actions on normal gastric epithelial cells could contribute to NSAID gastropathy. The present work therefore compared the actions of diclofenac, ibuprofen, indomethacin, and the cyclo-oxygenase-2 selective inhibitor, NS-398, on a primary culture of guinea-pig gastric mucous epithelial cells. Cell number was assessed by staining with crystal violet. Apoptotic activity was determined by condensation and fragmentation of nuclei and by assay of caspase-3-like activity. Necrosis was evaluated from release of cellular enzymes. Ibuprofen (250 μM for 24 h) promoted cell loss, and apoptosis, under both basal conditions and when apoptosis was increased by 25 μM N-Hexanoyl-D-sphingosine (C6-ceramide). Diclofenac (250 μM for 24 h) reduced the proportion of apoptotic nuclei from 5.2 to 2.1%, and caused inhibition of caspase-3-like activity, without causing necrosis under basal conditions. No such reduction in apoptotic activity was evident in the presence of 25 μM C6-ceramide. The inhibitory effect of diclofenac on basal caspase-3-like activity was also exhibited by the structurally similar mefenamic and flufenamic acids (1–250 μM), but not by niflumic acid. Inhibition of superoxide production by the cells increased caspase-3-like activity, but the inhibitory action of diclofenac on caspase activity remained. Diclofenac did not affect superoxide production. Diclofenac inhibited caspase-3-like activity in cell homogenates and also inhibited human recombinant caspase-3. In conclusion, NSAIDs vary in their effect on apoptotic activity in a primary culture of guinea-pig gastric mucous epithelial cells, and the inhibitory effect of diclofenac on basal apoptosis could involve an action on caspase activity.

Étude des mécanismes des voies mitochondriale et lysosomiale dans l'apoptose p53-indépendante induite par les agents chimiothérapeutiques

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Conception, synthèse et activité anticancéreuse d’analogues basés sur la molécule FTY720 (Gilenya)

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action.

Étude des mécanismes des voies mitochondriale et lysosomiale dans l'apoptose p53-indépendante induite par les agents chimiothérapeutiques

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Identificação dos produtos de oxidação de glicosfingolípidos por espectrometria de massa

O stress oxidativo está associado ao envelhecimento e a inúmeras patologias, nomeadamente a doenças neurodegenerativas e cardiovasculares, e a diversos outros fatores. O stress oxidativo leva à oxidação de importantes biomoléculas como os lípidos e, ao contrário da maior parte dos produtos de oxidação de fosfolípidos e ácidos gordos insaturados (PUFAS), os produtos de oxidação de glicosfingolípidos (GSLs) têm sido escassamente estudados. Os glicosfingolípidos são moléculas muito diversificadas estruturalmente e com importantes funções, essencialmente no sistema nervoso central (SNC) onde estão localizados maioritariamente. Deste modo, alterações na estrutura dos GSLs conduzirão a consequente comprometimento das suas funções e ao possível desenvolvimento de patologias. Assim para identificar as modificações oxidativas que ocorrem em glicosfingolípidos e pressupor consequentes efeitos biológicos nas células sob stress oxidativo, prepararamse sistemas modelo biomiméticos com diferentes GSLs os quais foram expostos a radicais hidroxilo gerados sob condições da reação de Fenton (H2O2 e Fe2+) e as reações foram monitorizadas por diferentes metodologia utilizando a espectrometria de massa. Os resultados obtidos com este estudo permitiram-nos identificar vários produtos de oxidação produzidos durante a oxidação desta classe de lípidos. Os produtos de oxidação observados em comum, em todos os GSLs estudados (C16:0GalCer, C24:1GalCer, C24:1LacCer e GM1) foram as suas correspondentes ceramidas. Estas atuam como agentes pro-apoptóticos e podem in vivo promover a neurodegeneração nas células sob stress oxidativo. Também foi possível observar produtos com inserção de oxigénio junto às duplas ligações ou na cadeia de esfingosina (no caso do GM1) ou na cadeia de ácido gordo monoinsaturada (no caso da C24:1GalCer, C24:1LacCer), corroborando o facto de que ácidos gordos saturados não são susceptíveis à oxidação por radicais. Interessantemente em ambos os GSLs de cadeias glicosiladas compostas com mais de um açúcar (C24:1LacCer e GM1) observou-se a despolimerização oxidativa da porção glicosilada por quebra das correspondentes ligações glicosídicas. Esta degradação leva à formação de GlcCer no caso de oxidação de LacCer ou na formação de outros gangliósidos (GM2, GM3, asialoGM1 e asialoGM2) e glicolípidos (LacCer e GlcCer), no caso de oxidação de GM1. A formação por via radicalar não enzimática destes GSLs leva a distúrbios no perfil lipídico. Previamente, em certas doenças, foram observadas variações na concentração do perfil de gangliósidos e de ceramidas. Estes dados permitem sugerir que em células em condições de stress oxidativo, a acumulação de gangliósidos mais simples e ceramidas poderá ter uma contribuição de produtos da degradação oxidativa dos gangliósidos e GSLs mais complexos. Este trabalho contribui assim para uma melhor compreensão das modificações estruturais que ocorrem em alguns glicosfingolípidos em condições de stress oxidativo. Os produtos de oxidação aqui identificados suportam a sua possível futura deteção em sistemas biológicos.

Conception, synthèse et activité anticancéreuse d’analogues basés sur la molécule FTY720 (Gilenya)

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action.

Liquid biopsy for prostate cancer molecular characterization: homologous recombination system and genomic profile

Pathogenic aberrations in homologous recombination DNA repair (HRR) genes occur in approximately 1 to 4 men with advanced prostate cancer (PCa). Treatment with PARP inhibitors (PARPi) has recently been introduced for metastatic castration-resistant PCa patients, increasing clinicians' interest in the molecular characterization of all PCa patients. The limitations of using old, low-quality tumor tissue for genetic analysis, which is very common for PCa, can be overcome by using liquid biopsy as an alternative biomarker source. In this study, we aimed to evaluate the detection of molecular alterations in HRR genes on liquid biopsy compared with tumor tissue from PCa patients. Secondarily, we explored the genomic instability score (GIS), and a broader range of gene alterations for in-depth characterization of the PCa cohort. Plasma samples were collected from 63 patients with PCa. Sophia Homologous Recombination Solution (targeting 16 HRR genes) and shallow whole genome sequencing (sWGS) were used for genomic analysis of tissue DNA and circulating tumor DNA (ct). A total of 33 alterations (mainly on TP53, ATM, CHEK2, CDK12, and BRCA1/2) were identified in 28,5% of PCa plasma patients. By integrating the mutational and sWGS data, the HRR status of PCa patients was determined and a concordance agreement of 85,7% was identified with tumor tissue. A median GIS of 15 was obtained, reaching a score of 63 in 2 samples with double alterations, BRCA1 and TP53. We explored the PCa mutation landscape, and the most significant enriched pathways identified were the sphingosine 1-phosphate (S1P) receptor signaling and the PI3K-AKT-mTOR pathway. HRR analysis on FFPE and liquid biopsy samples show high concordance, demonstrating that the noninvasive ctDNA-enriched plasma can be an optimal alternative source for molecular SNV and CNV analysis. In addition, the evaluation of GIS and pathway interaction should be considered for more comprehensive molecular characterization in PCa patients.