Oncogenic potential diverge among human papillomavirus type 16 natural variants

We compared E6/E7 protein properties of three different HPV-16 variants: AA. E-P and E-350G. Primary human foreskin keratinocytes (PHFK) were transduced with HPV-16 E6 and E7 and evaluated for proliferation and ability to grow in soft agar. E-P infected keratinocytes presented the lowest efficiency in colony formation. AA and E-350G keratinocytes attained higher capacity for in vitro transformation. We observed similar degradation of TP53 among HPV-16 variants. Furthermore, we accessed the expression profile in early (p5) and late passage (p30) transduced cells of 84 genes commonly involved in carcinogenesis. Most differences could be attributed to HPV-16 E6/E7 expression. In particular, we detected different expression of ITGA2 and CHEK2 in keratinocytes infected with AA and AA/E-350G late passage cells, respectively, and higher expression of MAP2K1 in E-350G transduced keratinocytes. Our results indicate differences among HPV-16 variants that could explain, at least in part, differences in oncogenic potential attributed to these variants. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Oncogenic potential of the adenovirus E4orf6 protein.

The group C adenovirus E4orf6 protein has previously been shown to bind to the p53 cellular tumor suppressor protein and block its ability to activate transcription. Here we show that the E4orf6 protein blocks the induction of p53-mediated apoptosis when AT6 cells, which harbor a temperature-sensitive p53, are shifted to the permissive temperature. The E4orf6 protein does not, however, prevent the induction of apoptosis in p53-deficient H1299 cells by treatment with tumor necrosis factor alpha and cycloheximide. The E4orf6 protein also cooperates with the adenovirus E1A protein to transform primary baby rat kidney cells, and it cooperates with the adenovirus E1A plus E1B 19-kDa and E1B 55-kDa proteins to increase the number of baby rat kidney cell transformants and enhance the rate at which they arise. The level of p53 is substantially reduced in transformed cells expressing the E4orf6 protein in comparison to adenovirus transformants lacking it. The E4orf6 gene also accelerates tumor formation when transformed baby rat kidney cells are injected subcutaneously into the nude mouse, and it converts human 293 cells from nontumorigenic to tumorigenic in nude mice. In addition to the well-studied E1A and E1B oncogenes, group C adenoviruses harbor a third oncogene, E4orf6, which functions in some respects similarly to the E1B oncogene.

Mitogenic and oncogenic properties of the small G protein Rap1b

It has been widely reported that the small GTP-binding protein Rap1 has an anti-Ras and anti-mitogenic activity. Thus, it is generally accepted that a normal physiological role of Rap1 proteins is to antagonize Ras mitogenic signals, presumably by forming nonproductive complexes with proteins that are typically effectors or modulators of Ras. Rap1 is activated by signals that raise intracellular levels of cAMP, a molecule that has long been known to exert both inhibitory and stimulatory effects on cell growth. We have now tested the intriguing hypothesis that Rap1 could have mitogenic effects in systems in which cAMP stimulates cell proliferation. The result of experiments addressing this possibility revealed that Rap1 has full oncogenic potential. Expression of Rap1 in these cells results in a decreased doubling time, an increased saturation density, and an unusual anchorage-dependent morphological transformation. Most significantly, however, Rap1-expressing cells formed tumors when injected into nude mice. Thus, we propose that the view that holds Rap1 as an antimitogenic protein should be restricted and conclude that Rap1 is a conditional oncoprotein.

Oncogenic mutation in the Kit receptor tyrosine kinase alters substrate specificity and induces degradation of the protein tyrosine phosphatase SHP-1

Activating mutations in the Kit receptor tyrosine kinase have been identified in both rodent and human mast cell leukemia. One activating Kit mutation substitutes a valine for aspartic acid at codon 816 (D816V) and is frequently observed in human mastocytosis. Mutation at the equivalent position in the murine c-kit gene, involving a substitution of tyrosine for aspartic acid (D814Y), has been described in the mouse mastocytoma cell line P815. We have investigated the mechanism of oncogenic activation by this mutation. Expression of this mutant Kit receptor tyrosine kinase in a mast cell line led to the selective tyrosine phosphorylation of a 130-kDa protein and the degradation, through the ubiquitin-dependent proteolytic pathway, of a 65-kDa phosphoprotein. The 65-kDa protein was identified as the src homology domain 2 (SH2)-containing protein tyrosine phosphatase SHP-1, a negative regulator of signaling by Kit and other hematopoietic receptors, and the protein product of the murine motheaten locus. This mutation also altered the sites of receptor autophosphorylation and peptide substrate selectivity. Thus, this mutation activates the oncogenic potential of Kit by a novel mechanism involving an alteration in Kit substrate recognition and the degradation of SHP-1, an attenuator of the Kit signaling pathway.

Skp2 is oncogenic and overexpressed in human cancers

Skp2 is a member of the F-box family of substrate-recognition subunits of SCF ubiquitin–protein ligase complexes that has been implicated in the ubiquitin-mediated degradation of several key regulators of mammalian G1 progression, including the cyclin-dependent kinase inhibitor p27, a dosage-dependent tumor suppressor protein. In this study, we examined Skp2 and p27 protein expression by immunohistochemistry in normal oral epithelium and in different stages of malignant oral cancer progression, including dysplasia and oral squamous cell carcinoma. We found that increased levels of Skp2 protein are associated with reduced p27 in a subset of oral epithelial dysplasias and carcinomas compared with normal epithelial controls. Tumors with high Skp2 (>20% positive cells) expression invariably showed reduced or absent p27 and tumors with high p27 (>20% positive cells) expression rarely showed Skp2 positivity. Increased Skp2 protein levels were not always correlated with increased cell proliferation (assayed by Ki-67 staining), suggesting that alterations of Skp2 may contribute to the malignant phenotype without affecting proliferation. Skp2 protein overexpression may lead to accelerated p27 proteolysis and contribute to malignant progression from dysplasia to oral epithelial carcinoma. Moreover, we also demonstrate that Skp2 has oncogenic potential by showing that Skp2 cooperates with H-RasG12V to malignantly transform primary rodent fibroblasts as scored by colony formation in soft agar and tumor formation in nude mice. The observations that Skp2 can mediate transformation and is up-regulated during oral epithelial carcinogenesis support a role for Skp2 as a protooncogene in human tumors.

G-protein-coupled receptor genes as protooncogenes: constitutively activating mutation of the alpha 1B-adrenergic receptor enhances mitogenesis and tumorigenicity.

The alpha 1B-adrenergic receptor (alpha 1B-ADR) is a member of the G-protein-coupled family of transmembrane receptors. When transfected into Rat-1 and NIH 3T3 fibroblasts, this receptor induces focus formation in an agonist-dependent manner. Focus-derived, transformed fibroblasts exhibit high levels of functional alpha 1B-ADR expression, demonstrate a catecholamine-induced enhancement in the rate of cellular proliferation, and are tumorigenic when injected into nude mice. Induction of neoplastic transformation by the alpha 1B-ADR, therefore, identifies this normal cellular gene as a protooncogene. Mutational alteration of this receptor can lead to activation of this protooncogene, resulting in an enhanced ability of agonist to induce focus formation with a decreased latency and quantitative increase in transformed foci. In contrast to cells expressing the wild-type alpha 1B-ADR, focus formation in "oncomutant"-expressing cell lines appears constitutively activated with the generation of foci in unstimulated cells. Further, these cell lines exhibit near-maximal rates of proliferation even in the absence of catecholamine supplementation. They also demonstrate an enhanced ability for tumor generation in nude mice with a decreased period of latency compared with cells expressing the wild-type receptor. Thus, the alpha 1B-ADR gene can, when overexpressed and activated, function as an oncogene inducing neoplastic transformation. Mutational alteration of this receptor gene can result in the activation of this protooncogene, enhancing its oncogenic potential. These findings suggest that analogous spontaneously occurring mutations in this class of receptor proteins could play a key role in the induction or progression of neoplastic transformation and atherosclerosis.

The pathophysiology of HOX genes and their role in cancer

The HOM-C clustered prototype homeobox genes of Drosophila, and their counterparts, the HOX genes in humans, are highly conserved at the genomic level. These master regulators of development continue to be expressed throughout adulthood in various tissues and organs. The physiological and patho-physiological functions of this network of genes are being avidly pursued within the scientific community, but defined roles for them remain elusive. The order of expression of HOX genes within a cluster is co-ordinated during development, so that the 3' genes are expressed more anteriorly and earlier than the 5' genes. Mutations in HOXA13 and HOXD13 are associated with disorders of limb formation such as hand-foot-genital syndrome (HFGS), synpolydactyly (SPD), and brachydactyly. Haematopoietic progenitors express HOX genes in a pattern characteristic of the lineage and stage of differentiation of the cells. In leukaemia, dysregulated HOX gene expression can occur due to chromosomal translocations involving upstream regulators such as the MLL gene, or the fusion of a HOX gene to another gene such as the nucleoporin, NUP98. Recent investigations of HOX gene expression in leukaemia are providing important insights into disease classification and prediction of clinical outcome. Whereas the oncogenic potential of certain HOX genes in leukaemia has already been defined, their role in other neoplasms is currently being studied. Progress has been hampered by the experimental approach used in many studies in which the expression of small subsets of HOX genes was analysed, and complicated by the functional redundancy implicit in the HOX gene system. Attempts to elucidate the function of HOX genes in malignant transformation will be enhanced by a better understanding of their upstream regulators and downstream target genes.

Molecular dissection of Meis1 reveals 2 domains required for leukemia induction and a key role for Hoxa gene activation

The Hoxa9 and Meis1 genes represent important oncogenic collaborators activated in a significant proportion of human leukemias with genetic alterations in the MLL gene. In this study, we show that the transforming property of Meis1 is modulated by 3 conserved domains, namely the Pbx interaction motif (PIM), the homeodomain, and the C-terminal region recently described to possess transactivating properties. Meis1 and Pbx1 interaction domain-swapping mutants are dysfunctional separately, but restore the full oncogenic activity of Meis1 when cotransduced in primary cells engineered to overexpress Hoxa9, thus implying a modular nature for PIM in Meis1-accelerated transformation. Moreover, we show that the transactivating domain of VP16 can restore, and even enhance, the oncogenic potential of the Meis1 mutant lacking the C-terminal 49 amino acids. In contrast to Meis1, the fusion VP16-Meis1 is spontaneously oncogenic, and all leukemias harbor genetic activation of endogenous Hoxa9 and/or Hoxa7, suggesting that Hoxa gene activation represents a key event required for the oncogenic activity of VP16-Meis1.

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.

An examination of the effects of 4E-T-mediated re-localization of eIF4E on eIF4E function

Le facteur d'initiation de la traduction chez les eukaryotes eIF4E (4E) est un puissant oncogène en raison de sa capacité à faciliter l'export et/ou la traduction de certains transcripts, dont beaucoup sont eux-mêmes des oncogènes. 4E intéragit avec un grand nombre de protéines régulatrices dont la protéine 4E-T (pour 4E-Transporter). La capacité de 4E-T à modifier la localisation subcellulaire de 4E pourrait offrir un mécanisme permettant de modifier le potentiel oncogène d'une cellule. La surexpression de 4E-T dans des cellules d'ostéosarcome conduit à l’augmentation du nombre et de la taille des P-bodies, dans lesquels 4E colocalisent avec 4E-T mais pas avec la version tronquée 4E-T/Y30A. Cependant, les différentes expériences menées, permettant d’analyser les taux de transcription, la quantité de protéine, les profiles polysomiques ainsi que la distribution nucléo-cytoplasmique, montrent que la surexpression de 4E-T n'a pas d'effet sur la fonction de 4E. L'observation d’un enrichissement cytoplasmique et d’une charge réduite de ribosomes sur les transcripts codant les protéines cycline D1 et ODC (profile polysomique) dans la lignée 4E-T suggère un role de 4E-T dans la séquestration cytoplasmique de certains transcrips par un mécanisme qui reste encore à déterminer.

Développement et caractérisation de nouveaux modèles du cancer épithélial de l’ovaire

Le cancer épithélial de l’ovaire (EOC) est le plus mortel des cancers gynécologiques. Cette maladie complexe progresse rapidement de façon difficilement décelable aux stades précoces. De plus, malgré une chirurgie cytoréductive et des traitements de chimiothérapie le taux de survie des patientes diagnostiquées aux stades avancées demeurt faible. Dans le but d’étudier l’EOC dans un contexte ex vivo, l’utilisation de modèles cellulaires est indispensable. Les lignées cellulaires d’EOC sont un outil pratique pour la recherche cependant, la façon dont l'expression des gènes est affectée en culture par comparaison à la tumeur d'origine n'est pas encore bien élucidée. Notre objectif était donc de développer et de caractériser de nouveaux modèles de culture in vitro qui réflèteront plus fidèlement la maladie in vivo. Nous avons tout d’abord utiliser des lignées cellulaires disponibles au laboratoire afin de mettre au point un modèle 3D de culture in vitro d’EOC. Des sphéroïdes ont été générés à l’aide de la méthode des gouttelettes inversées, une méthode pionnière pour la culture des cellules tumorales. Nous avons ensuite procédé à une analyse des profils d’expression afin de comparer le modèle sphéroïde au modèle de culture en monocouche et le modèle xénogreffe in vivo. Ainsi, nous avons identifié des gènes stratifiant les modèles tridimensionnels, tant in vivo qu’in vitro, du modèle 2D monocouche. Parmi les meilleurs candidats, nous avons sélectionné S100A6 pour une caractérisation ultérieure. L’expression de ce gène fût modulée afin d’étudier l’impact de son inhibition sur les paramètres de croissance des sphéroïdes. L’inhibition de ce gène a comme effet de réduire la motilité cellulaire mais seulement au niveau du modèle sphéroïde. Finalement, toujours dans l’optique de développer des modèles d’EOC les plus représentatifs de la maladie in vivo, nous avons réussi à développer des lignées cellulaires uniques dérivées de patientes atteintes d’EOC du type séreux, soit le plus commun des EOC. Jusque là, très peu de lignées cellulaires provenant de ce type de cancer et de patientes n’ayant pas reçu de chimiothérapie ont été produites. De plus, nous avons pour la première fois caractérise des lignées d’EOC de type séreux provenant à la fois de l’ascite et de la tumeur solide de la même patiente.

Identification de composé sensibilisant préférentiellement les cellules exprimant les protéines E6 et E7 du VPH à l'irradiation

Le cancer du col utérin (CCU) est dans plus de 99% des cas provoqué par une infection avec le virus du papillome humain (VPH), dont le potentiel oncogénique réside dans l'expression des proto-oncogènes viraux E6/E7. Le potentiel carcinogénique de ces protéines virales réside essentiellement dans leurs actions sur les produits des gènes suppresseurs de tumeur p53 et RB. Les produits de ces gènes, p53 et Rb, font parti des voies de signalisation de réponse aux dommages de l'ADN cellulaire (RDA) et leur perte entraine une perte de fonctionnalité qui mène à une instabilité génomique. À long terme et en présence de d'autres facteurs ceux-ci mèneront au développement d'un cancer. Les protéines E6 et E7 sont constitutivement exprimées dans les cellules du CCU ainsi que dans les cellules de tout autre cancer induit par le VPH et seulement dans ces dernières. La prise en charge des cas avancés de ces cancers se fait principalement par radiothérapie et chimiothérapie concomitante. La chimio-radiothérapie utilisée en traitement est efficace mais résulte en un taux élevé de morbidité et un nombre important de patientes récidiveront. Nous proposons que l'exploitation de l'expression spécifique d’E6 et d’E7 dans les cellules du CCU permette d’envisager une stratégie de létalité synthétique afin d'amplifier l'effet létal de l'irradiation sur les cellules CCU. Ceci permettrait potentiellement d'augmenter l'efficacité du traitement et de diminuer les récidives, ainsi que la morbidité liée au traitement. En s'appuyant sur cette hypothèse, notre objectif est d’identifier des composés dont l'action seule ou couplée à l'irradiation provoquerait préférentiellement la mort des cellules exprimant les protéines E6 et E7 du VPH. Les cellules testées comprennent des cellules isogéniques humaines issues de kératinocytes normaux que nous avons modifiées séquentiellement pour obtenir les modifications associées aux cellules CCU (hTERT, E6 et E7), ainsi que les lignées de cellules de CCU HeLa et CaSki .Nous avons procédé à la mise au point et à la validation du protocole de criblage et des méthodes d’évaluation de la sensibilisation, qui se définit comme une perte de viabilité, un arrêt ou ralentissement de la croissance, par détection d’ATP ainsi que par coloration d’ADN génomique au DRAQ5. Suite à un criblage ciblé impliquant des inhibiteurs connus de la voie de réparation des dommages à l’ADN, nous avons identifié l’inhibiteur de mdm2, Nutlin-3, comme étant un composé sensibilisant et radio-sensibilisant préférentiellement les cellules exprimant E6 et E7 du VPH. La Nutlin-3 a été testée sur des cellules HEKn-hTERT-E6-E7, des cellules CaSki et HeLa. L’effet de sensibilisation et de radio-sensibilisation a été confirmé dans ces trois lignées. Tel que suggéré par son action sur mdmd2, la Nutlin-3 permet la stabilisation de p53 dans les cellules HEKn-hTERT-E6-E7 et CaSki et sa réactivation dans les lignées cellulaires HeLa et CaSki. Malgré cette stabilisation de p53, de façon surprenante, l’effet de la Nutlin-3 sur la sensibilisation et la radio-sensibilisation des cellules HeLa et CaSki semble indépendant de p53, tel qu’observé en utilisant des cellules HeLa-GSE et CaSki-GSE dont le p53 est déficient. In vivo la Nutlin-3a montre dans un essai préliminaire l’inhibition de la croissance tumorale des xénogreffes HeLa chez des souris RAG2γc. Ce résultat reste à confirmer avec un essai impliquant un nombre d’échantillons plus grand. À plus long terme, nous comptons étudier l’implication de mdm2 dans l’effet de sensibilisant de la Nutlin-3 dans les cellules CCUs, ainsi que les autres cibles pouvant être impliquées dans la création de cet effet sensibilisant observé.

Modèle cellulaire de carcinogenèse pour les cancers de l’oropharynx induits par le VPH

Problématique: Le virus du papillome humain (VPH) est présent dans près de 50% des cancers de l’oropharynx. Le potentiel oncogénique du VPH est encodé dans les oncoprotéines E6 et E7, qui agissent en modulant différents gènes, dont les gènes suppresseurs de tumeur p53 et pRb. Les cellules VPH positives démontrent une altération au niveau de la signalisation de la réponse aux dommages à l’ADN (RDA), un mécanisme de contrôle dans l’arrêt de la croissance des cellules ayant subit des dommages au niveau de leur ADN. Hypothèse et objectifs : Nous croyons que les défauts au niveau de la RDA des cancers VPH positifs peuvent être exploités afin de sensibiliser préférentiellement les cellules cancéreuses aux traitements de radiothérapie. Cette stratégie de recherche nécessite l’élaboration d’un modèle cellulaire de carcinogenèse isogénique pour le cancer de l’oropharynx que nous proposons de développer et de caractériser. L’étude vise à dériver des lignées isogéniques à partir de kératinocytes primaires et cellules épithéliales de l’oropharynx pour ensuite valider la carcinogenèse de notre modèle in vitro & in vivo Méthodologie : Des lignées cellulaires de kératinocytes primaires et de cellules épithéliales de l’oropharynx ont été successivement modifiées par transduction afin de présenter les mutations associées aux cancers de l’oropharynx induits par le VPH. Les cellules ont été modifiées avec des lentivirus codants pour la télomérase (hTERT), les oncogènes E6, E7 et RasV12. Afin de valider la cancérogenèse in vitro de notre modèle, des études d’invasion en matrigel et de croissance sans ancrage en agar mou ont été réalisées. Les populations cellulaires transformées ont été ensuite introduites dans des souris immunodéficientes afin d’évaluer leur tumorogénicité in vivo. Résultats : À partir des plasmides recombinés construits par méthodes de clonage traditionnelle et de recombinaison « Gateway », nous avons produit des lentivirus codants pour la télomérase humaine (hTERT), les oncogènes viraux E6 et E7 et l’oncogène Ras. Les kératinocytes primaires et cellules épithéliales de l’oropharynx ont été infectés successivement par transduction et sélectionnés. Nous avons validé l’expression de nos transgènes par méthode d’immunofluorescence, de Western Blot et de réaction de polymérisation en chaîne quantitative en temps réel (qRT-PCR). Nous avons établi trois lignées des cellules épithéliales de l’oropharynx (HNOE) à partir d’échantillons tissulaires prélevés lors d’amygdalectomie (HNOE42, HNO45, HNOE46). Les cellules transduites avec le lentivirus exprimant le promoteur fort CMV/TO de l’oncogène RasV12 ont présenté un changement morphologique compatible avec une sénescence prématurée induite par l’oncogène Ras. En exprimant des quantités plus faibles du RasV12 mutant, la lignée cellulaire HEKn hTERT-E6-E7 PGK RasV12 a réussi à échapper à la sénescence induite par l’oncogène Ras. La population cellulaire exprimant HEKn hTERT-E6-E7-PGK RasV12 a présenté un phénotype malin en culture et à l’étude d'invasion, mais n’a pas démontré de résultats positifs à l’étude de croissance sans ancrage en agar mou ni en xénogreffe en souris immunodéficientes. Conclusion : Nos résultats démontrent qu’en présence des oncogènes viraux E6 et E7, il y a un troisième mécanisme suppresseur de tumeur qui médie la sénescence induite par l’oncogène Ras. Nous avons identifié que la présence de E6 seule ne suffit pas à immortaliser les kératinocytes primaires humains (HEKn). Nous n’avons pas réussi à créer un modèle in vitro de carcinogenèse pour les cancers de l’oropharynx induits par le VPH.

Migração e invasão celular in vitro de células humanas expressando variantes da oncoproteína LMP1 do vírus de Epstein-Barr (EBV)

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