Determination of P-glycoprotein, MDR-related protein 1, breast cancer resistance protein, and lung-resistance protein expression in leukemic stem cells of acute myeloid leukemia

Background: The most primitive leukemic precursor in acute myeloid leukemia (AML) is thought to be the leukemic stem cell (LSC), which retains the properties of self-renewal and high proliferative capacity and quiescence of the hematopoietic stem cell. LSC seems to be immunophenotypically distinct and more resistant to chemotherapy than the more committed blasts. Considering that the multidrug resistance (MDR) constitutive expression may be a barrier to therapy in AML, we have investigated whether various MDR transporters were differentially expressed at the protein level by different leukemic subsets. Methods: The relative expression of the drug-efflux pumps P-gp, MRP, LRP, and BCRP was evaluated by mean fluorescence index (MFI) and the Kolmogorov-Smirnov analysis (D values) in five leukemic subpopulations: CD34(+)CD38(-)CD123(+) (LSCs), CD34(+)CD38(+)CD123(-), CD34(+)CD38(+)CD123(+), CD34(+)CD38(+)CD123(-), and CD34(-) mature cells in 26 bone marrow samples of CD34(+) AML cases. Results: The comparison between the two more immature subsets (LSC versus CD34(+)CD38(-)CD123(-) cells) revealed a higher P-gp, MRP, and LRP expression in LSCs. The comparative analysis between LSCs and subsets of intermediate maturation (CD34(+)CD38(+)) demonstrated the higher BCRP expression in the LSCs. In addition, P-gp expression was also significantly higher in the LSC compared to CD34(+)CD38(+)CD123(-) subpopulation. Finally, the comparative analysis between LSC and the most mature subset (CD34(-)) revealed higher MRP and LRP and lower P-gp expression in the LSCs. Conclusions: Considering the cellular heterogeneity of AML, the higher MDR transporters expression at the most immature, self-renewable, and quiescent LSC population reinforces that MDR is one of the mechanisms responsible for treatment failure. (C) 2008 Clinical Cytometry Society.

Phytoestrogens modulate breast cancer resistance protein expression and function at the blood-cerebrospinal fluid barrier

PURPOSE: Breast cancer resistance protein (BCRP/ABCG2) is a drug efflux transporter expressed at the blood cerebrospinal fluid barrier (BCSFB), and influences distribution of drugs into the central nervous systems (CNS). Current inhibitors have failed clinically due to neurotoxicity. Novel approaches are needed to identify new modulators to enhance CNS delivery. This study examines 18 compounds (mainly phytoestrogens) as modulators of the expression/function of BCRP in an in vitro rat choroid plexus BCSFB model. METHODS: Modulators were initially subject to cytotoxicity (MTT) assessment to determine optimal non-toxic concentrations. Reverse-transcriptase PCR and confocal microscopy were used to identify the presence of BCRP in Z310 cells. Thereafter modulation of the intracellular accumulation of the fluorescent BCRP probe substrate Hoechst 33342 (H33342), changes in protein expression of BCRP (western blotting) and the functional activity of BCRP (membrane insert model) were assessed under modulator exposure. RESULTS: A 24 hour cytotoxicity assay (0.001 µM-1000 µM) demonstrated the majority of modulators possessed a cellular viability IC50 > 148 µM. Intracellular accumulation of H33342 was significantly increased in the presence of the known BCRP inhibitor Ko143 and, following a 24 hour pre-incubation, all modulators demonstrated statistically significant increases in H33342 accumulation (P < 0.001), when compared to control and Ko143. After a 24 hour pre-incubation with modulators alone, a 0.16-2.5-fold change in BCRP expression was observed for test compounds. The functional consequences of this were confirmed in a permeable insert model of the BCSFB which demonstrated that 17-β-estradiol, naringin and silymarin (down-regulators) and baicalin (up-regulator) can modulate BCRP-mediated transport function at the BCSFB. CONCLUSION: We have successfully confirmed the gene and protein expression of BCRP in Z310 cells and demonstrated the potential for phytoestrogen modulators to influence the functionality of BCRP at the BCSFB and thereby potentially allowing manipulation of CNS drug disposition.

DATA DRIVEN APPROACHES TO IDENTIFY DETERMINANTS OF HEART DISEASES AND CANCER RESISTANCE

Cancer and cardio-vascular diseases are the leading causes of death world-wide. Caused by systemic genetic and molecular disruptions in cells, these disorders are the manifestation of profound disturbance of normal cellular homeostasis. People suffering or at high risk for these disorders need early diagnosis and personalized therapeutic intervention. Successful implementation of such clinical measures can significantly improve global health. However, development of effective therapies is hindered by the challenges in identifying genetic and molecular determinants of the onset of diseases; and in cases where therapies already exist, the main challenge is to identify molecular determinants that drive resistance to the therapies. Due to the progress in sequencing technologies, the access to a large genome-wide biological data is now extended far beyond few experimental labs to the global research community. The unprecedented availability of the data has revolutionized the capabilities of computational researchers, enabling them to collaboratively address the long standing problems from many different perspectives. Likewise, this thesis tackles the two main public health related challenges using data driven approaches. Numerous association studies have been proposed to identify genomic variants that determine disease. However, their clinical utility remains limited due to their inability to distinguish causal variants from associated variants. In the presented thesis, we first propose a simple scheme that improves association studies in supervised fashion and has shown its applicability in identifying genomic regulatory variants associated with hypertension. Next, we propose a coupled Bayesian regression approach -- eQTeL, which leverages epigenetic data to estimate regulatory and gene interaction potential, and identifies combinations of regulatory genomic variants that explain the gene expression variance. On human heart data, eQTeL not only explains a significantly greater proportion of expression variance in samples, but also predicts gene expression more accurately than other methods. We demonstrate that eQTeL accurately detects causal regulatory SNPs by simulation, particularly those with small effect sizes. Using various functional data, we show that SNPs detected by eQTeL are enriched for allele-specific protein binding and histone modifications, which potentially disrupt binding of core cardiac transcription factors and are spatially proximal to their target. eQTeL SNPs capture a substantial proportion of genetic determinants of expression variance and we estimate that 58% of these SNPs are putatively causal. The challenge of identifying molecular determinants of cancer resistance so far could only be dealt with labor intensive and costly experimental studies, and in case of experimental drugs such studies are infeasible. Here we take a fundamentally different data driven approach to understand the evolving landscape of emerging resistance. We introduce a novel class of genetic interactions termed synthetic rescues (SR) in cancer, which denotes a functional interaction between two genes where a change in the activity of one vulnerable gene (which may be a target of a cancer drug) is lethal, but subsequently altered activity of its partner rescuer gene restores cell viability. Next we describe a comprehensive computational framework --termed INCISOR-- for identifying SR underlying cancer resistance. Applying INCISOR to mine The Cancer Genome Atlas (TCGA), a large collection of cancer patient data, we identified the first pan-cancer SR networks, composed of interactions common to many cancer types. We experimentally test and validate a subset of these interactions involving the master regulator gene mTOR. We find that rescuer genes become increasingly activated as breast cancer progresses, testifying to pervasive ongoing rescue processes. We show that SRs can be utilized to successfully predict patients' survival and response to the majority of current cancer drugs, and importantly, for predicting the emergence of drug resistance from the initial tumor biopsy. Our analysis suggests a potential new strategy for enhancing the effectiveness of existing cancer therapies by targeting their rescuer genes to counteract resistance. The thesis provides statistical frameworks that can harness ever increasing high throughput genomic data to address challenges in determining the molecular underpinnings of hypertension, cardiovascular disease and cancer resistance. We discover novel molecular mechanistic insights that will advance the progress in early disease prevention and personalized therapeutics. Our analyses sheds light on the fundamental biological understanding of gene regulation and interaction, and opens up exciting avenues of translational applications in risk prediction and therapeutics.

Phytochemical mediated-modulation of the expression and transporter function of breast cancer resistance protein at the blood-brain barrier:an in-vitro study

Clinical translation of BCRP inhibitors have failed due to neurotoxicity and novel approaches are required to identify suitable modulators of BCRP to enhance CNS drug delivery. In this study we examine 18 compounds, primarily phytochemicals, as potential novel modulators of AhR-mediated regulation of BCRP expression and function in immortalised and primary porcine brain microvascular endothelial cells as a mechanism to enhance CNS drug delivery. The majority of modulators possessed a cellular viability IC50 > 100 µM in both cell systems. BCRP activity, when exposed to modulators for 1 hour, was diminished for most modulators through significant increases in H33342 accumulation at < 10 µM with 2,6,4-trimethoflavone increasing H33342 intracellular accumulation by 3.7–6.6 fold over 1–100 µM. Western blotting and qPCR identified two inducers of BCRP (quercetin and naringin) and two down-regulators (17-β-estradiol and curcumin) with associated changes in BCRP efflux transport function further confirmed in both cell lines. siRNA downregulation of AhR resulted in a 1.75 ± 0.08 fold change in BCRP expression, confirming the role of AhR in the regulation of BCRP. These findings establish the regulatory role AhR of in controlling BCRP expression at the BBB and confirm quercetin, naringin, 17-β-estradiol, and curcumin as novel inducers and down-regulators of BCRP gene, protein expression and functional transporter activity and hence potential novel target sites and candidates for enhancing CNS drug delivery.

TAZ role in lung cancer: resistance to BET inhibitors and functional interaction with lncRNA

Despite extensive research and introduction of innovative therapy, lung cancer prognosis remains poor, with a five years survival of only 17%. The success of pharmacological treatment is often impaired by drug resistance. Thus, the characterization of response mechanisms to anti-cancer compounds and of the molecular mechanisms supporting lung cancer aggressiveness are crucial for patient’s management. In the first part of this thesis, we characterized the molecular mechanism behind resistance of lung cancer cells to the Inhibitors of the Bromodomain and Extraterminal domain containing Proteins (BETi). Through a CRISPR/Cas9 screening we identified three Hippo Pathway members, LATS2, TAOK1 and NF2 as genes implicated in susceptibility to BETi. These genes confer sensitivity to BETi inhibiting TAZ activity. Conversely, TAZ overexpression increases resistance to BETi. We also displayed that BETi downregulate both YAP, TAZ and TEADs expression in several cancer cell lines, implying a novel BETi-dependent cytotoxic mechanism. In the second part of this work, we attempted to characterize the crosstalk between the TAZ gene and its cognate antisense long-non coding RNA (lncRNA) TAZ-AS202 in lung tumorigenesis. As for TAZ downregulation, TAZ-AS202 silencing impairs NSCLC cells proliferation, migration and invasion, suggesting a pro-tumorigenic function for this lncRNA during lung tumorigenesis. TAZ-AS202 regulates TAZ target genes without altering TAZ expression or localization. This finding implies an uncovered functional cooperation between TAZ and TAZ-AS202. Moreover, we found that the EPH-ephrin signaling receptor EPHB2 is a downstream effector affected by both TAZ and TAZ-AS202 silencing. EPHB2 downregulation significantly attenuates cells proliferation, migration and invasion, suggesting that, at least in part, TAZ-AS202 and TAZ pro-oncogenic activity depends on EPH-ephrin signaling final deregulation. Finally, we started to dissect the mechanism underlying the TAZ-AS202 regulatory activity on EPHB2 in lung cancer, which may involve the existence of an intermediate transcription factor and is the object of our ongoing research.

A multidrug resistance transporter from human MCF-7 breast cancer cells

MCF-7/AdrVp is a multidrug-resistant human breast cancer subline that displays an ATP-dependent reduction in the intracellular accumulation of anthracycline anticancer drugs in the absence of overexpression of known multidrug resistance transporters such as P glycoprotein or the multidrug resistance protein. RNA fingerprinting led to the identification of a 2.4-kb mRNA that is overexpressed in MCF-7/AdrVp cells relative to parental MCF-7 cells. The mRNA encodes a 663-aa member of the ATP-binding cassette superfamily of transporters that we term breast cancer resistance protein (BCRP). Enforced expression of the full-length BCRP cDNA in MCF-7 breast cancer cells confers resistance to mitoxantrone, doxorubicin, and daunorubicin, reduces daunorubicin accumulation and retention, and causes an ATP-dependent enhancement of the efflux of rhodamine 123 in the cloned transfected cells. BCRP is a xenobiotic transporter that appears to play a major role in the multidrug resistance phenotype of MCF-7/AdrVp human breast cancer cells.

Targeting androgen receptor activation function-1 with EPI to overcome resistance mechanisms in castration-resistant prostate cancer

Financial support: This research was supported by grants to MDS from the NCI (2R01CA105304), the Canadian Institutes of Health Research (MOP79308) and the US Army Medical Research and Materiel Command Prostate Cancer Research Program (E81XWH-11-1-0551). Research by IJM’s group was supported by the Chief Scientist’s Office of the Scottish Government (ETM-258 and -382). We are grateful to Country Meadows Senior Men’s Golf Charity Classic for financial support of this research.

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.

Régulation de l’activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes (ER) par le récepteur à chimiokine CXCR4 et les récepteurs à activité tyrosine kinase ErbB2 et ErbB3

La régulation de la transcription des gènes par les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ joue un rôle important dans la croissance cellulaire et dans le développement du cancer du sein. Une augmentation de l’expression de CXCR4 et de son ligand SDF-1/CXCL12 corrèle avec un phénotype plus agressif du cancer du sein. Ici, nous démontrons un mécanisme de boucle de régulation positive entre la signalisation de CXCR4/SDF-1 et l’activité transcriptionnelle des ERs dans des cellules cancéreuses mammaires. L’activité transcriptionnelle de ER et l’expression de gènes cibles de ER, dont SDF-1 lui-même, sont augmentées dans la lignée cancéreuse mammaire MCF-7 en réponse à SDF-1. Ces effets sont bloqués par l’anti-estrogène fulvestrant et par la délétion de CXCR4. Par ailleurs, l’expression des gènes et la prolifération des cellules cancéreuses mammaires MCF-7 en réponse à l’estrogène sont altérées par l’inhibition de CXCR4. La signalisation par les facteurs de croissance joue un rôle important dans le cancer du sein. La surexpression et la dérégulation de la signalisation par le récepteur à activité tyrosine kinase ErbB2 corrèlent avec un phénotype tumoral mammaire plus agressif et un moins bon pronostic. Cependant, comment la signalisation de ErbB2 et de CXCR4 sont fonctionnellement reliées dans la régulation de la réponse de ER dans les cellules cancéreuses mammaires n’est pas connue. Nous démontrons ici que CXCR4 régule négativement l’expression protéique de ErbB2 et de son partenaire d’interaction ErbB3 ainsi que la phosphorylation de ErbB2. CXCR4 altère l’activation de la voie PI3-K/Akt par le dimère ErbB2/ErbB3 en réponse à héréguline alors qu’en présence de SDF-1, les niveaux d’activation sont récupérés. Nous avons trouvé que héréguline-β promouvoit la phosphorylation de la sérine 339 de CXCR4, un site important pour l’internalisation et la signalisation du récepteur. De plus, le recrutement de ErbB2 à CXCR4 est favorisé par ErbB3 et héréguline-β. L’activité transcriptionnelle ainsi que l’expression des gènes cibles de ER en réponse à l’héréguline sont relevées avec l’expression de CXCR4 et partiellement récupérées avec l’addition de SDF-1. Ces résultats démontrent que le recrutement de CXCR4 à ErbB2 altère la signalisation médiée par ErbB2/ErbB3 ainsi que l’activité hormonale de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. Nous travaux ont permis d’identifier et de caractériser l’impact de la signalisation médiée par des récepteurs membranaires sur la réponse transcriptionnelle de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. La signalisation membranaire est un facteur pouvant contribuer à la résistance aux thérapies endocriniennes et donc cibler les récepteurs impliqués s’avèrerait utile pour améliorer les traitements existants et mettre au point de nouvelles approches.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Role of natural killer cells in antitumor resistance

Natural killer cells constitute a population of lymphocytes able to non-specifically destroy virus-infected and some kinds of tumor cells. Since this lytic activity was shown by non-immunized animals the phenomenon is denominated natural killer (NK) activity and contrasts with specific cytotoxicity performed by cytolytic T lymphocytes (CTLs) because it does not depends on MHC-restricted peptides recognition. In fact, the main feature of most functional receptors of NK cells (NKRs) is their ability to be inhibited by different kinds of class I MHC antigens. In the middle of the 1950's, Burnet & Thomas forged the concept of tumor immunosurveillance and NK cells can be considered one of the main figures in this phenomenon both for effector and regulatory functions. In the present review the early studies on the biology of NK cells were revisited and both their antitumor activity and dependence on the activation by cytokines are discussed.

Comparison of Bidirectional Lamivudine and Zidovudine Transport Using MDCK, MDCK-MDR1, and Caco-2 Cell Monolayers

Bidirectional transport studies were conducted using Caco-2, MDCK, and MDCK-MDR1 to determine P-gp influences in lamivudine and zidovudine permeability and evaluate if zidovudine permeability changes with the increase of zidovudine concentration and/or by association of lamivudine. Transport of lamivudine and zidovudine separated and coadministrated across monolayers based on these cells were quantified using LC-MS-MS. Drug efflux by P-gp was inhibited using GG918. Bidirectional transport of lamivudine and zidovudine was performed across MDCK-MDR1 and Caco-2 cells. Statistically significant transport decrease in B -> A direction was observed using MDCK-MDR1 for zidovudine and MDCK-MDR1 and Caco-2 for lamivudine. Results show increased transport in B -> A and A -> B directions as concentration increases but data from P(app) increase in both directions for both drugs in Caco-2, decrease in MDCK, and does not change significantly in MDCK-MDR1. Zidovudine transport in A -> B direction increases when coadministrated with increasing lamivudine concentration but does not change significantly in B -> A direction. Zidovudine and lamivudine are P-gp substrates, but results assume that P-gp does not affect significantly lamivudine and zidovudine. Their transport in monolayers based on Caco-2 cells increase proportionally to concentration (in both directions) and zidovudine transport in Caco-2 cell monolayer does not show significant changes with lamivudine increasing concentrations. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc. and the American Pharmacists Association J Pharm Sci 98:4413-4419, 2009

Importance of influx and efflux systems and xenobiotic metabolizing enzymes in intratumoral disposition of anticancer agents.

In this review, intratumoral drug disposition will be integrated into the wide range of resistance mechanisms to anticancer agents with particular emphasis on targeted protein kinase inhibitors. Six rules will be established: 1. There is a high variability of extracellular/intracellular drug level ratios; 2. There are three main systems involved in intratumoral drug disposition that are composed of SLC, ABC and XME enzymes; 3. There is a synergistic interplay between these three systems; 4. In cancer subclones, there is a strong genomic instability that leads to a highly variable expression of SLC, ABC or XME enzymes; 5. Tumor-expressed metabolizing enzymes play a role in tumor-specific ADME and cell survival and 6. These three systems are involved in the appearance of resistance (transient event) or in the resistance itself. In addition, this article will investigate whether the overexpression of some ABC and XME systems in cancer cells is just a random consequence of DNA/chromosomal instability, hypo- or hypermethylation and microRNA deregulation, or a more organized modification induced by transposable elements. Experiments will also have to establish if these tumor-expressed enzymes participate in cell metabolism or in tumor-specific ADME or if they are only markers of clonal evolution and genomic deregulation. Eventually, the review will underline that the fate of anticancer agents in cancer cells should be more thoroughly investigated from drug discovery to clinical studies. Indeed, inhibition of tumor expressed metabolizing enzymes could strongly increase drug disposition, specifically in the target cells resulting in more efficient therapies.

Les répercussions de l’insuffisance rénale chronique sur le transport des médicaments

L’insuffisance rénale chronique (IRC) affecte 13 % de la population américaine et son incidence ne cesse d’augmenter. Malgré un ajustement des doses de médicaments administrés en fonction du taux de filtration glomérulaire du patient urémique, près de 40 % des patients reçoivent une dose trop élevée en raison de modifications de l’élimination extrarénale des médicaments chez ces patients. Il est connu que l’IRC affecte l’élimination métabolique des médicaments par les cytochromes P450 et les enzymes de biotransformation de phase II. Nous avons aussi démontré, chez le rat, que l’IRC affecte l’expression et l’activité de transporteurs de médicaments intestinaux entraînant une augmentation de la biodisponibilité de certains médicaments. On retrouve des transporteurs de médicaments dans de nombreux organes comme le foie, les reins et la barrière hématoencéphalique (BHE) où ils jouent des rôles importants dans les éliminations biliaire et rénale et la pénétration des médicaments au cerveau. Le but de ce travail était de mesurer, chez des rats néphrectomisés, les impacts de l’IRC sur l’expression protéique et génique et l’activité des transporteurs de médicaments hépatiques, rénaux et cérébraux. Les transporteurs étudiés sont de la famille des transporteurs ABC (P-glycoprotéine, multidrug-resistance related protein, breast cancer resistance protein) ou des solute carriers (organic anion transporter, organic anion transporting protein). Aussi, une étude réalisée chez l’humain visait à évaluer la pharmacocinétique de deux médicaments : la fexofénadine, un médicament majoritairement transporté, et le midazolam, un substrat du cytochrome P450 3A4, chez des sujets dialysés. Nos résultats montrent que, chez le rat, l’IRC entraîne des modulations de l’expression des transporteurs d’influx et d’efflux hépatiques pouvant entraîner des diminutions du métabolisme hépatique et de l’excrétion biliaire des médicaments. Dans le rein, nous avons démontré des modulations de l’expression des transporteurs de médicaments. Nous avons aussi démontré que l’IRC diminue l’élimination urinaire de la rhodamine 123 et favorise l’accumulation intrarénale de médicaments transportés comme la benzylpénicilline et la digoxine. À la BHE, nous avons démontré des diminutions de l’expression des transporteurs de médicaments. Toutefois, nous n’avons pas observé d’accumulation intracérébrale de trois substrats utilisés (digoxine, doxorubicine et vérapamil) et même une diminution de l’accumulation intracérébrale de la benzylpénicilline. Il semble donc que, malgré les modulations de l’expression des différents transporteurs de médicaments, l’intégrité et la fonction de la BHE soient conservées en IRC. Chez l’humain, nous avons démontré une augmentation de la surface sous la courbe de la fexofénadine chez les sujets dialysés, comparativement aux témoins, suggérant une altération des mécanismes de transport des médicaments chez ces patients. Nous n’avons, toutefois, pas observé de modification de la pharmacocinétique du midazolam chez les patients dialysés, suggérant une activité métabolique normale chez ces patients. Un ou des facteurs s’accumulant dans le sérum des sujets urémiques semblent responsables des modulations de l’expression et de l’activité des transporteurs de médicaments observées chez le rat et l’humain. Ces travaux mettent en évidence une nouvelle problématique chez les sujets urémiques. Nous devons maintenant identifier les mécanismes impliqués afin d’éventuellement développer des stratégies pour prévenir la toxicité et la morbidité chez ces patients.

Immunomodulatory effects of low dose chemotherapy and perspectives of its combination with immunotherapy

Given that cancer is one of the main causes of death worldwide, many efforts have been directed toward discovering new treatments and approaches to cure or control this group of diseases. Chemotherapy is the main treatment for cancer; however, a conventional schedule based on maximum tolerated dose (MTD) shows several side effects and frequently allows the development of drug resistance. On the other side, low dose chemotherapy involves antiangiogenic and immunomodulatory processes that help host to fight against tumor cells, with lower grade of side effects. In this review, we present evidence that metronomic chemotherapy, based on the frequent administration of low or intermediate doses of chemotherapeutics, can be better than or as efficient as MTD. Finally, we present some data indicating that noncytotoxic concentrations of antineoplastic agents are able to both up-regulate the immune system and increase the susceptibility of tumor cells to cytotoxic T lymphocytes. Taken together, data from the literature provides us with sufficient evidence that low concentrations of selected chemotherapeutic agents, rather than conventional high doses, should be evaluated in combination with immunotherapy. Copyright © 2012 UICC.