The CXCR2 antagonist, SCH-527123, shows antitumor activity and sensitizes cells to oxaliplatin in preclinical colon cancer models

Colorectal cancer is the second most common cause of cancer-related death in the United States. Recent studies showed that interleukin-8 (IL-8) and its receptors (CXCR1 and CXCR2) are significantly upregulated in both the tumor and its microenvironment, and act as key regulators of proliferation, angiogenesis, and metastasis. Our previous study showed that IL-8 overexpression in colorectal cancer cells triggers the upregulation of the CXCR2-mediated proliferative pathway. The aim of this study was to investigate whether the CXCR2 antagonist, SCH-527123, inhibits colorectal cancer proliferation and if it can sensitize colorectal cancer cells to oxaliplatin both in vitro and in vivo. SCH-527123 showed concentration-dependent antiproliferative effects in HCT116, Caco2, and their respective IL-8-overexpressing variants colorectal cancer cell lines. Moreover, SCH-527123 was able to suppress CXCR2-mediated signal transduction as shown through decreased phosphorylation of the NF-κB/mitogen-activated protein kinase (MAPK)/AKT pathway. These findings corresponded with decreased cell migration and invasion, while increased apoptosis in colorectal cancer cell lines. In vivo results verified that SCH-527123 treatment decreased tumor growth and microvessel density when compared with vehicle-treated tumors. Importantly, these preclinical studies showed that the combination of SCH-527123 and oxaliplatin resulted in a greater decrease in cell proliferation, tumor growth, apoptosis, and angiogenesis that was superior to single-agent treatment. Taken together, these findings suggest that targeting CXCR2 may block tumor proliferation, migration, invasion, and angiogenesis. In addition, CXCR2 blockade may further sensitize colorectal cancer to oxaliplatin treatment.

Gingival fibroblasts respond to the TRPV1 agonist capsaicin

Background: The oral cavity is a frontline barrier which is often exposed to physical trauma and noxious substances, leading to pro-inflammatory responses designed to be protective in nature. The transient receptor potential (TRP) super family of ion channels is believed to play a critical role in sensory physiology, acting as transducers for thermal, mechanical and chemical stimuli. Our understanding of the role of TRP channel activation in gingival and periodontal inflammation is currently limited. Gingival fibroblasts are the most abundant structural cell in periodontal tissues and we hypothesised that they may have a role in the inflammatory response associated with TRP channel activation. Objectives: The present study was designed to determine whether the TRPV1 agonist capsaicin could elicit a pro-inflammatory response in gingival fibroblasts in vitro by up-regulation of interleukin-8 (IL-8) production. Methods: Gingival fibroblasts were derived by explant culture from surgical tissues following ethical approval. Cells were maintained in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM), containing 10% fetal calf serum (FCS) in 5% CO2. Following treatment of gingival fibroblasts with capsaicin, IL-8 levels were measured by ELISA. The potential cytotoxicity of capsaicin was determined by the MTT assay. Results: In gingival fibroblasts treated with the TRPV1 agonist capsaicin (10µM), IL-8 production was significantly increased compared with untreated control cells. Capsaicin was shown not to be toxic to gingival fibroblasts at the concentrations studied. Conclusion: The identification of factors that modulate pro-inflammatory cytokine production is important for our understanding of gingival and periodontal inflammation. This study reports for the first time that gingival fibroblasts respond to the TRPV1 agonist capsaicin by increased production of IL-8. Activation of TRPV1 on gingival fibroblasts could therefore have an important role in initiating and sustaining the inflammatory response associated with periodontal diseases

Cigarette smokers have exaggerated alveolar barrier disruption in response to lipopolysaccharide inhalation

RATIONALE: Cigarette smoke exposure is associated with an increased risk of the acute respiratory distress syndrome (ARDS); however, the mechanisms underlying this relationship remain largely unknown.

OBJECTIVE: To assess pathways of lung injury and inflammation in smokers and non-smokers with and without lipopolysaccharide (LPS) inhalation using established biomarkers.

METHODS: We measured plasma and bronchoalveolar lavage (BAL) biomarkers of inflammation and lung injury in smokers and non-smokers in two distinct cohorts of healthy volunteers, one unstimulated (n=20) and one undergoing 50 μg LPS inhalation (n=30).

MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: After LPS inhalation, cigarette smokers had increased alveolar-capillary membrane permeability as measured by BAL total protein, compared with non-smokers (median 274 vs 208 μg/mL, p=0.04). Smokers had exaggerated inflammation compared with non-smokers, with increased BAL interleukin-1β (p=0.002), neutrophils (p=0.02), plasma interleukin-8 (p=0.003), and plasma matrix metalloproteinase-8 (p=0.006). Alveolar epithelial injury after LPS was more severe in smokers than non-smokers, with increased plasma (p=0.04) and decreased BAL (p=0.02) surfactant protein D. Finally, smokers had decreased BAL vascular endothelial growth factor (VEGF) (p<0.0001) with increased soluble VEGF receptor-1 (p=0.0001).

CONCLUSIONS: Cigarette smoke exposure may predispose to ARDS through an abnormal response to a 'second hit,' with increased alveolar-capillary membrane permeability, exaggerated inflammation, increased epithelial injury and endothelial dysfunction. LPS inhalation may serve as a useful experimental model for evaluation of the acute pulmonary effects of existing and new tobacco products.

Associations between alcohol consumption and selected cytokines in a Swiss population-based sample (CoLaus study).

To assess the associations between alcohol consumption and cytokine levels (interleukin-1beta - IL-1β; interleukin-6 - IL-6 and tumor necrosis factor-α - TNF-α) in a Caucasian population. Population sample of 2884 men and 3201 women aged 35-75. Alcohol consumption was categorized as nondrinkers, low (1-6 drinks/week), moderate (7-13/week) and high (14+/week). No difference in IL-1β levels was found between alcohol consumption categories. Low and moderate alcohol consumption led to lower IL-6 levels: median (interquartile range) 1.47 (0.70-3.51), 1.41 (0.70-3.32), 1.42 (0.66-3.19) and 1.70 (0.83-4.39) pg/ml for nondrinkers, low, moderate and high drinkers, respectively, p<0.01, but this association was no longer significant after multivariate adjustment. Compared to nondrinkers, moderate drinkers had the lowest odds (Odds ratio=0.86 (0.71-1.03)) of being in the highest quartile of IL-6, with a significant (p<0.05) quadratic trend. Low and moderate alcohol consumption led to lower TNF-α levels: 2.92 (1.79-4.63), 2.83 (1.84-4.48), 2.82 (1.76-4.34) and 3.15 (1.91-4.73) pg/ml for nondrinkers, low, moderate and high drinkers, respectively, p<0.02, and this difference remained borderline significant (p=0.06) after multivariate adjustment. Moderate drinkers had a lower odds (0.81 [0.68-0.98]) of being in the highest quartile of TNF-α. No specific alcoholic beverage (wine, beer or spirits) effect was found. Moderate alcohol consumption is associated with lower levels of IL-6 and (to a lesser degree) of TNF-α, irrespective of the type of alcohol consumed. No association was found between IL-1β levels and alcohol consumption.

Immuno-oncology of human prostate cancer : phenotypical characterization and study of the tumor-derived, androgen-regulated immunosuppressive microenvironment

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens et la troisième cause de décès relié au cancer. Lorsque diagnostiqué à un stade précoce de la maladie, le cancer de la prostate est traité de manière curative par chirurgie et radiothérapie. Par contre, les thérapies actuelles ne peuvent éradiquer la maladie lorsqu’elle progresse à des stades avancés. Ces thérapies, comme la chimiothérapie et l’hormonothérapie, demeurent donc palliatives. Il est primordial d’optimiser de nouvelles thérapies visant l’élimination des cellules cancéreuses chez les patients atteints des stades avancés de la maladie. Une de ces nouvelles options thérapeutiques est l’immunothérapie. L’immunothérapie du cancer a fait des progrès considérables durant les dernières années. Cependant, les avancements encourageants obtenus lors d’essais précliniques ne se sont pas encore traduits en des résultats cliniques significatifs. En ce qui concerne le cancer de la prostate, les résultats négligeables suivants des interventions immunothérapeutiques peuvent être causés par le fait que la plupart des études sur le microenvironnement immunologique furent effectuées chez des modèles animaux. De plus la majorité des études sur l’immunologie tumorale humaine furent effectuées chez des patients atteints d’autres cancers, tels que le mélanome, et non chez les patients atteints du cancer de la prostate. Donc, le but central de cette thèse de doctorat est d’étudier le microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate afin de mieux définir les impacts de la tumeur sur le développement de la réponse immunitaire antitumorale. Pour réaliser ce projet, nous avons établi deux principaux objectifs de travail : (i) la caractérisation précise des populations des cellules immunitaires infiltrant la tumeur primaire et les ganglions métastatiques chez les patients atteints du cancer de la prostate; (ii) l’identification et l’étude des mécanismes immunosuppressifs exprimés par les cellules cancéreuses de la prostate. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la progression du cancer de la prostate est associée au développement d’un microenvironnement immunosuppressif qui, en partie, est régulé par la présence des androgènes. L’étude initiale avait comme but la caractérisation du microenvironnement immunologique des ganglions drainant la tumeur chez des patients du cancer de la prostate. Les résultats présentés dans le chapitre III nous a permis de démontrer que les ganglions métastatiques comportent des signes cellulaires et histopathologiques associés à une faible réactivité immunologique. Cette immunosuppression ganglionnaire semble dépendre de la présence des cellules métastatiques puisque des différences immunologiques notables existent entre les ganglions non-métastatiques et métastatiques chez un même patient. La progression du cancer de la prostate semble donc associée au développement d’une immunosuppression affectant les ganglions drainant la tumeur primaire. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l’impact de la thérapie par déplétion des androgènes (TDA) sur le microenvironnement immunologique de la tumeur primaire. La TDA est associée à une augmentation marquée de l’inflammation prostatique. De plus, les protocoles d’immunothérapies pour le cancer de la prostate actuellement évalués en phase clinique sont dirigés aux patients hormonoréfractaires ayant subi et échoué la thérapie. Cependant, peu d’information existe sur la nature de l’infiltrat de cellules immunes chez les patients castrés. Il est donc essentiel de connaître la nature de cet infiltrat afin de savoir si celui-ci peut répondre de manière favorable à une intervention immunothérapeutique. Dans le chapitre IV, je présente les résultats sur l’abondance des cellules immunes infiltrant la tumeur primaire suivant la TDA. Chez les patients castrés, les densités de lymphocytes T CD3+ et CD8+ ainsi que des macrophages CD68+ sont plus importantes que chez les patients contrôles. Nous avons également observé une corrélation entre la densité de cellules NK et une diminution du risque de progression de la maladie (rechute biochimique). Inversement, une forte infiltration de macrophages est associée à un plus haut risque de progression. Conjointement, durant cette étude, nous avons développé une nouvelle approche informatisée permettant la standardisation de la quantification de l’infiltrat de cellules immunes dans les échantillons pathologiques. Cette approche facilitera la comparaison d’études indépendantes sur la densité de l’infiltrat immun. Ces résultats nous ont donc permis de confirmer que les effets pro-inflammatoires de la TDA chez les patients du cancer de la prostate ciblaient spécifiquement les lymphocytes T et les macrophages. L’hypothèse intéressante découlant de cette étude est que les androgènes pourraient réguler l’expression de mécanismes immunosuppressifs dans la tumeur primaire. Dans le chapitre V, nous avons donc étudié l’expression de mécanismes immunosuppressifs par les cellules cancéreuses du cancer de la prostate ainsi que leur régulation par les androgènes. Notre analyse démontre que les androgènes augmentent l’expression de molécules à propriétés immunosuppressives telles que l’arginase I et l’arginase II. Cette surexpression dépend de l’activité du récepteur aux androgènes. Chez les patients castrés, l’expression de l’arginase II était diminuée suggérant une régulation androgénique in vivo. Nous avons observé que l’arginase I et l’arginase II participent à la prolifération des cellules du cancer de la prostate ainsi qu’à leur potentiel immunosuppressif. Finalement, nous avons découvert que l’expression de l’interleukin-8 était aussi régulée par les androgènes. De plus, l’interleukin-8, indépendamment des androgènes, augmente l’expression de l’arginase II. Ces résultats confirment que les androgènes participent au développement d’une microenvironnement immunosuppressif dans le cancer de la prostate en régulant l’expression de l’arginase I, l’arginase II et l’interleukin-8. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse témoignent du caractère unique du microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate. Nos travaux ont également permis d’établir de nouvelles techniques basées sur des logiciels d’analyse d’image afin de mieux comprendre le dialogue entre la tumeur et le système immunitaire chez les patients. Approfondir les connaissances sur les mécanismes de régulation du microenvironnement immunologique chez les patients atteint du cancer de la prostate permettra d’optimiser des immunothérapies mieux adaptées à éradiquer cette maladie.

Impact de facteurs sanguins et d'agents thérapeutiques sur la survie de fibroblastes de sujets atteints de la forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC)

La forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC) est une maladie métabolique associée à une déficience en cytochrome oxydase (COX) et caractérisée par des crises d’acidose lactique, menant à une mort prématurée. Les mécanismes qui sous-tendent l’induction des crises restent inconnus et il n’existe aucune thérapie efficace pour les prévenir. Cette étude vise à caractériser l'effet de facteurs métaboliques périphériques potentiellement altérés chez les patients LSFC sur la mort de lignées cellulaires issues de ces patients et de témoins puis, à identifier des agents thérapeutiques pouvant la prévenir. Nous postulons que (i) ces facteurs métaboliques induiront une mort prématurée des cellules de patients et que (ii) les interventions susceptibles de la prévenir pallieront les conséquences de la déficience en COX, soit la diminution des taux d’adénosine triphosphate (ATP) et l’augmentation du stress oxydant, du nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) et des lipides toxiques. Un criblage de 8 facteurs sanguins et 10 agents thérapeutiques a été réalisé. Les paramètres mesurés incluent la nécrose, l’apoptose, l’ATP et l’activité de la COX. Les fibroblastes LSFC sont plus susceptibles à la mort par nécrose (39±6%) induite par du palmitate plus lactate, un effet associé à des niveaux d’ATP diminués (53±8%). La mort cellulaire est réduite de moitié par l’ajout combiné d’agents ciblant le NADH, l’ATP et les lipides toxiques, alors que l’ajout d’antioxydants l’augmente. Ainsi, un excès de nutriments pourrait induire la mort prématurée des cellules LSFC et, pour atténuer cette mort, il serait important de combiner plusieurs interventions ciblant différents mécanismes.

The regulatory roles of APE1 and Prdx1 interaction

L’apurinic/apyrimidic endonuclease 1 (APE1) est une protéine multifonctionnelle qui joue un rôle important dans la voie de réparation de l’ADN par excision de base. Elle sert également de coactivateur de transcription et est aussi impliquée dans le métabolisme de l’ARN et la régulation redox. APE1 peut cliver les sites AP ainsi que retirer des groupements, sur des extrémités 3’ créées suite à des bris simple brin, qui bloquent les autres enzymes de réparation, permettant de poursuivre la réparation de l’ADN, puisqu’elle possède plusieurs activités de réparation de l’ADN comme une activité phosphodiestérase 3’ et une activité exonucléase 3’→5’. Les cellules de mammifères ayant subi un knockdown d’APE1 présentent une grande sensibilité face à de nombreux agents génotoxiques. APE1 ne possède qu’une seule cystéine située au 65e acide aminé. Celle-ci est nécessaire pour maintenir l’état de réduction de nombreux activateurs de transcription tels que p53, NF-κB, AP-1, c-Jun at c-Fos. Ainsi, elle se retrouve impliquée dans la régulation de l’expression génique. APE1 passe également à travers au moins 4 types de modifications post-traductionnelles : l’acétylation, la désacétylation, la phosphorylation et l’ubiquitylation. La façon dont APE1 est recrutée pour accomplir ses différentes fonctions biologiques demeure un mystère, bien que cela puisse être relié à sa capacité d’interaction avec de multiples partenaires différents. Sous des conditions de croissance normales, il a été démontré qu’APE1 interagit avec de nombreux partenaires impliqués dans de multiples fonctions. Nous émettons l’hypothèse que l’état d’oxydation d’APE1 est ce qui contrôle les partenaires avec lesquels la protéine interagira, lui permettant d’accomplir des fonctions précises. Dans cette étude nous démontrons que le peroxyde d’hydrogène altère le réseau d’interactions d’APE1. Un nouveau partenaire d’interaction d’APE1, Prdx1, un membre de la famille des peroxirédoxines responsable de récupérer le peroxyde d’hydrogène, est caractérisé. Nous démontrons qu’un knockdown de Prdx1 n’affecte pas l’activité de réparation de l’ADN d’APE1, mais altère sa détection et sa distribution cellulaire à l’intérieur des cellules HepG2 conduisant à une induction accrue de l’interleukine 8 (IL-8). L’IL8 est une chimiokine impliquée dans le stress cellulaire en conditions physiologiques et en cas de stress oxydatif. Il a été démontré que l’induction de l’IL-8 est dépendante d’APE1 indiquant que Prdx1 pourrait réguler l’activité transcriptionnelle d’APE1. Il a été découvert que Prdx1 est impliquée dans la régulation redox suite à une réponse initiée par le peroxyde d’hydrogène. Ce dernier possède un rôle important comme molécule de signalisation dans de nombreux processus biologiques. Nous montrons que Prdx1 est nécessaire pour réduire APE1 dans le cytoplasme en réponse à la présence de H2O2. En présence de Prdx1, la fraction d’APE1 présent dans le cytoplasme est réduite suite à une exposition au peroxyde d’hydrogène, et Prdx1 est hyperoxydé suite à l’interaction entre les deux molécules. Cela suggère que le signal, que produit le peroxyde d’hydrogène, sur APE1 passe par Prdx1. Un knockdown d’APE1 diminue la conversion de la forme dimérique de Prdx1 vers la forme monomérique. Cette observation implique qu’APE1 pourrait être impliquée dans la régulation de l’activité catalytique de Prdx1 en accélérant son hyperoxydation.

Inflammation intestinale associée à la fibrose kystique : rôle du CFTR et propriétés anti-inflammatoires de la vitamine D

Les patients fibrose kystique (FK) souffrent de complications digestives qui incluent une inflammation intestinale modérée dont l’étiologie est méconnue. Les personnes atteintes de FK présentent également une malabsorption des vitamines liposolubles, telles la vitamine D. Or, la vitamine D possède des propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires. Le présent projet vise à investiguer le rôle du CFTR, dont le gène est muté dans la FK, dans l’étiologie de cette inflammation intestinale et à étudier le potentiel anti-inflammatoire de la vitamine D sur celle-ci. Le CFTR a été invalidé génétiquement par la méthode des ARN interférents (shRNAi) et/ou inhibé pharmacologiquement par l’utilisation d’un antagoniste inhibiteur spécifique (CFTRinh-172). Un état inflammatoire a été induit par les cytokines pro-inflammatoires TNF-α et IL-1β. Afin d’évaluer le rôle anti-inflammatoire de la vitamine D, les cellules ont été pré-traitées avec la forme bioactive de la vitamine D, la 1,25(OH)2D3. La sécrétion et l’expression génique d’interleukine-8, ainsi que l’activation de la voie de signalisation p38MAPK et du facteur de transcription NFκB ont été évaluées. Pour explorer la voie par laquelle la vitamine D exerce ses actions anti-inflammatoires, les cellules ont été pré-incubées avec le BIRB796 pour inhiber la voie p38MAPK. Finalement l’expression génique du récepteur nucléaire de la vitamine D et des hydroxylases intestinales impliquées dans son métabolisme a été déterminée. Nos résultats suggèrent que le CFTR a un rôle dans l’étiologie de l’inflammation intestinale associée à la FK. De plus, la vitamine D semble moduler à la baisse la réponse inflammatoire de la cellule intestinale dont le CFTR a été génétiquement invalidé.

Pseudomonas aeruginosa elastase disables proteinase-activated receptor 2 in respiratory epithelial cells

Pseudomonas aeruginosa, a major lung pathogen in cystic fibrosis (CF) patients, secretes an elastolytic metalloproteinase (EPa) contributing to bacterial pathogenicity. Proteinase-activated receptor 2 (PAR2), implicated in the pulmonary innate defense, is activated by the cleavage of its extracellular N-terminal domain, unmasking a new N-terminal sequence starting with SLIGKV, which binds intramolecularly and activates PAR2. We show that EPa cleaves the N-terminal domain of PAR2 from the cell surface without triggering receptor endocytosis as trypsin does. As evaluated by measurements of cytosolic calcium as well as prostaglandin E(2) and interleukin-8 production, this cleavage does not activate PAR2, but rather disarms the receptor for subsequent activation by trypsin, but not by the synthetic receptor-activating peptide, SLIGKV-NH(2). Proteolysis by EPa of synthetic peptides representing the N-terminal cleavage/activation sequences of either human or rat PAR2 indicates that cleavages resulting from EPa activity would not produce receptor-activating tethered ligands, but would disarm PAR2 in regard to any further activating proteolysis by activating proteinases. Our data indicate that a pathogen-derived proteinase like EPa can potentially silence the function of PAR2 in the respiratory tract, thereby altering the host innate defense mechanisms and respiratory functions, and thus contributing to pathogenesis in the setting of a disease like CF.

Serum amyloid A induces reactive oxygen species (ROS) production and proliferation of fibroblast

Serum amyloid A (SAA) levels are elevated highly in acute phase response and elevated slightly and persistently in chronic diseases such as rheumatoid arthritis and diabetes. Given that fibroblasts exert profound effects on progression of inflammatory chronic diseases, the aim of this study was to investigate the response of fibroblasts to SAA. A dose-dependent increase in O(2)(-) levels was observed by treatment of fibroblasts with SAA (r = 0.99 and P <= 0.001). In addition, the expression of p47-phox was up-regulated by SAA (P < 0.001) and diphenyliodonium (DPI), a nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase inhibitor, reduced the release of O(2)(-) by 50%. Also, SAA raised fibroblast proliferation (P < 0.001) and this effect was completely abolished by the addition of anti-oxidants (P < 0.001). These findings support the notion that, in chronic inflammatory sites, SAA activated fibroblast proliferation and ROS production.

Microbiological characteristics and inflammatory cytokines associated with preterm labor

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Association of haplotypes in the IL8 gene with susceptibility to chronic periodontitis in a Brazilian population

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Association of Haplotypes in the CXCR2 Gene with Periodontitis in a Brazilian Population

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mode of Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma Activation by Luteolin

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)