Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Neurofibromatosis type 2 (NF2) is an autosomal dominant cancer predisposition in which loss of heterozygosity at the NF2 gene locus leads to the development of tumors of neural crest derived origin, most commonly bilateral vestibular schwannomas. There are currently no FDA approved chemotherapeutic agents for treatment in patients with NF2. Development of therapeutic agents has been hampered by our incomplete knowledge of how Merlin, the protein product of the NF2 gene, functions as a tumor suppressor. In order develop a deeper understanding for how loss of Merlin leads to oncogenic transformation in Schwann cells we have developed a genetically engineered mouse model (GEMM) of Neurofibromatosis Type 2 in which functional expression of Merlin is lost in Schwann cell precursors. In parallel studies utilizing these mice, we have sought to understand the pathophysiology driving tumor formation in Merlin deficient Schwann cells. In Chapter 1, we explore the role of Merlin as a negative regulator of the Group A p21 activated kinases, PAK1 and PAK2. We demonstrate that PAK1, a previously well established oncogene in solid tumors and Merlin binding partner, is hyperactivated in Merlin deficient schwannomas. Through therapeutic interventions and genetic manipulations we demonstrate that inhibition of PAK1 was capable of reducing tumor formation and alleviating sensorineural hearing loss in our NF2 GEMM. In Chapter 2, we investigate the role of NF-kB inducing kinase (NIK) and NF-kB signaling in the formation and growth of Merlin deficient Schwann cell tumors. Prior work in our lab as well as by others demonstrated elevated NF-kB signaling in Merlin deficient Schwann cell tumors. We observed accumulation of a catalytically active fragment of NF-kB inducing kinase and present data that accumulation of a 55Kd constitutively active fragment of NIK is sufficient trigger wild type Schwann cells to form tumors. In vivo however, Schwann cell intrinsic expression of NIK is not required for tumor formation or growth. / 2 years (2021-05-24)

Skeletal muscle atrophy is a debilitating condition caused by pathological conditions including cancer cachexia, disuse and denervation. Disuse atrophy is characterized by reduction in fiber size, fiber-type change and induction of markers of atrophy such as MuRF1 and Fn14. Recent studies have focused on understanding the fundamental role of signalling pathways and the proteolytic system in response to muscle atrophy. Unfortunately the exact mechanisms behind atrophy remain poorly understood. I recently demonstrated that cIAP1 and/or cIAP2 proteins are critical regulators of NF-kB activation, which has been shown to be involved in skeletal muscle atrophy. Here, I used genetic and pharmacological means to investigate the role of cIAP1 in a denervation-induced skeletal muscle atrophy model. Interestingly, I found that upon denervation loss of cIAP1 rescues muscle fiber size, prevents fiber-type changing and inhibits the expression of MuRF1 and Fn14. Moreover, treatment of mice with Smac mimetic compounds (SMC), a novel class of small molecule IAP antagonists, showed successful knockdown of cIAP1 in muscle and protects against denervation-induced muscle atrophy. Taken together, these data reveal that cIAP1 is both a novel mediator of skeletal muscle atrophy and an important therapeutic target.

Les bactéries commensales digestives jouent un rôle primordial dans l’homéostasie épithéliale et la santé de l’hôte, avec notamment un rôle modulateur du système immunitaire. Des effets bénéfiques dans le traitement des pathologies inflammatoires intestinales ont été caractérisés chez certaines souches de bactéries commensales. La compréhension de ces effets dans le maintien de l’homéostasie intestinale repose sur la connaissance des interactions entre les bactéries, l’épithélium intestinal et le système immunitaire muqueux. Streptococcus salivarius est l’un des premiers colonisateurs de la cavité buccale et du tractus digestif de l’homme. Cette bactérie a été utilisée comme modèle pour rechercher des mécanismes impliquée dans l’homéostasie.La recherche d’interactions entre des souches de l’espèce S. salivarius et les cellules humaines a été réalisée pour caractériser leurs éventuelles propriétés immunomodulatrices. Nous avons montré que les bactéries vivantes et les surnageants de cultures des souches de cette espèce modulent la réponse inflammatoire in vitro via un effet inhibiteur sur l’activation de la voie NF-B dans les cellules épithéliales intestinales (HT-29 et Caco-2) et les monocytes (THP-1). Cette modulation de l’inflammation a été confirmée par la capacité des surnageants bactériens à inhiber la sécrétion d’IL-8 par les cellules épithéliales. Ces surnageants agissent via une étape impliquant IB-, un inhibiteur du facteur NF-B. Ils inhibent la dégradation de la protéine IB- phosphorylée et diminuent ainsi la translocation nucléaire des composants NF-B. Nous avons également identifié et caractérisé un métabolite bactérien présent dans ces surnageants exerçant cette activité anti-inflammatoire. L’utilisation de ce métabolite et son isomère miment in vitro l’effet inhibiteur des surnageants sur l’activation de la voie NF-B dans les cellules épithéliales et les monocytes. Nous avons ainsi caractérisé un métabolite secrété par la bactérie commensale S. salivarius qui est capable d’inhiber une des voies centrales de signalisation impliquée dans la réponse inflammatoire intestinale. Enfin, une capacité anti-inflammatoire de S. salivarius a également été montrée dans un modèle murin d’inflammation digestive dans lequel les bactéries métaboliquement actives ont protégé les animaux de colites induites avec du TNBS. Ces travaux ouvrent la voie pour le développement d’applications thérapeutiques dans le traitement de pathologies inflammatoires de l’intestin basées sur ce composé actif ou l’utilisation de S. salivarius comme probiotique. / Commensal bacteria play a vital role in epithelial homeostasis and host health, including a modulatory role of the immune system. Their beneficial effects in the treatment of inflammatory bowel disease have been characterized in some strains of commensal bacteria. Understanding these effects in maintaining intestinal homeostasis is based on the knowledge of interactions among bacteria, the intestinal epithelium and the mucosal immune system. Streptococcus salivarius is one of the first colonizers of human oral cavity and digestive tract. This bacterium was used as a template to investigate mechanisms involved in homeostasis.The research for interactions between strains of S. salivarius species and human cells was performed to characterize their possible immunomodulatory properties. We have shown that living bacteria and culture supernatants of strains of this species modulate the inflammatory response in vitro via an inhibitory effect on the activation of NF-B in intestinal epithelial cells (HT-29 and Caco-2) and monocytes (THP-1). This modulation of inflammation was confirmed by the ability of bacterial supernatants to suppress the secretion of IL-8 by epithelial cells. These supernatants act via a step involving IκB-α, an inhibitor of NF-B. They inhibit the degradation of IκB-α phosphorylated protein and thus decrease the nuclear translocation of NF-B components. We also identified and characterized a bacterial metabolite present in these supernatants exercising this anti-inflammatory activity. Use of this metabolite and its isomer in vitro mimic the repressive effect of supernatants on activation of NF-B in epithelial cells and monocytes. We have characterized a metabolite secreted by commensal bacterium S. salivarius that is capable of inhibiting one of the central signaling pathways involved in the intestinal inflammatory response. Finally, an anti-inflammatory capacity of S. salivarius was also shown in a mouse model of gastrointestinal inflammation in which the metabolically active bacteria protected the animals from colitis induced with TNBS.This work paves way for the development of therapeutic applications in the treatment of inflammatory bowel disease based on the active compound or the use of S. salivarius as a probiotic.

Die Gliazellen des enterischen Nervensystems galten lange Zeit lediglich als Packmaterial der Neuronen. Erst in den letzten Jahren rückte dieser Zelltyp in das Interesse der Forschung, weil mehrere Studien eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der Darmwandintegrität postulierten. Da bisher wenig über die immunphysiologischen Eigenschaften der enterischen Gliazellen bekannt war, wurde in dieser Arbeit deren Bedeutung bei der angeborenen intestinalen Immunantwort untersucht. Hierfür wurden Primärkulturen von enterischen Gliazellen eingesetzt, welche aus dem Plexus myentericus adulter Ratten stammten. Es wurde erstmalig nachgewiesen, dass enterische Gliazellen über Toll like und NOD-Rezeptoren (TLR 2, TLR 4, TLR 6, TLR 7, TLR 9, NOD 1, NOD 2) pathogene bakterielle Muster (PAMPs) erkennen. Dabei zeigte sich, dass eine enge Vernetzung zwischen den Toll-like-Rezeptoren besteht. Einerseits findet eine Liganden-spezifische Regulierung der Toll-like-Rezeptoren statt, anderseits beeinflussen TLR spezifische Liganden die mRNA-Expression weiterer Toll-like-Rezeptoren. In der Analyse der intrazellulären Signalweiterleitung konnte die Existenz verschiedener Adaptor- und Interaktionsmoleküle wie RICK und Myd88 sowie der IKK / NF κB Signalweg mit Degradierung von IκB α nach Aktivierung durch LPS belegt werden. Aktivierte enterische Gliazellen sind eine Quelle für pro- und anti-inflammatorische Interleukine (IL-1α, IL 1β, IL 6, IL-10, IL-12), TNF α und Chemokine (Ccl-2, Cxcl-9, Cxcl-10). Sie können somit weitere immunkompetente Zellen rekrutieren und agieren vermutlich als Schnittstelle zwischen der angeborenen und erworbenen Immunantwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit implizieren, dass es sich bei enterischen Gliazellen um einen zusätzlichen immunregulatorischen Zelltyp im Darm handelt, welcher aktiv bei der angeborenen Immunabwehr mitwirkt. Neben pro inflammatorischen Eigenschaften tragen enterische Gliazellen auch zur Darmprotektion während Entzündungsprozessen bei. Daraus ergibt sich eine komplexe Funktionalität der enterischen Gliazellen bei der immunologischen Homöostase im Darm.

<p>According to the Global Cancer Incidence, Mortality, and Prevention (GLOBOCAN) study for 2018, 2,089,000 women will have been diagnosed with breast cancer worldwide, with 627,000 breast cancer-related mortalities. It is estimated that between 15 – 20 % of breast cancer diagnoses are of the triple-negative subtype. Triple-negative breast cancers (TNBCs) do not express the receptors for estrogen, progesterone, and human epidermal growth factor 2, and hence cannot be treated using hormone receptor-targeted therapy. </p> <p>TNBCs are commonly of the basal-like phenotype, with high expression levels of proteins involved in epithelial-mesenchymal transition, extracellular-matrix (ECM) remodeling, cell cycle progression, survival and drug resistance, invasion, and metastasis. 5-year survival rates are significantly lower for TNBC patients, and the disease is characterized by poorer grade at the time of diagnosis as well as higher 5-year distant relapse rates, with a greater chance of lung and CNS metastases. Current treatments for TNBC take the form of aggressive cytotoxic chemotherapy regimens with multiple adverse side-effects. An important goal of on-going studies is to identify new compounds with significant TNBC-specificity, in order to improve patient survival outcomes while preserving a high quality of life during treatment.</p> <p> For several decades, compounds originally isolated from bioactive natural extracts, such as the taxanes and vinca<i> </i>alkaloids, have been at the forefront of chemotherapy. However, due to their non -specific mechanisms of action, treatment with these compounds eventually leads to significant toxicity to normal cells and tissues. Modern transcriptomics, metabolomics, and proteomics tools have greatly improved our understanding of the mechanisms governing cancer initiation and progression, and revealed the considerable heterogeneity of tumor cells. This has allowed for the identification of potential vulnerabilities in multiple cancers, including TNBCs. By leveraging these new technologies and insights with the tremendous diversity of bioactive compounds from organisms that remain unstudied, new classes of onco-drugs targeting pathways specific to TNBC cells could be identified in the near future.</p> <p>Here, we describe the cytotoxic effects of extracts from <i>Lippia origanoides </i>- a species of medicinal shrub native to Central and South America - on TNBC cells. We report that these extracts induce rapid, sustained, and irreversible apoptosis in TNBC cells <i>in vitro</i>, with significantly reduced cytotoxicity against normal mammary epithelial cells. The <i>L. origanoides </i>extracts LOE and L42 exploited two TNBC-specific characteristics to induce apoptosis in these cells: i) inhibiting the constitutively active survival and inflammatory NF-kB signaling pathway, and ii) significantly dysregulating the expression levels of mitochondrial enzymes required to maintain the TCA cycle and oxidative phosphorylation; metabolic pathways that are required for the maintenance of TNBC cell growth and proliferation.</p> <p>Finally, to lay the foundations for future studies on the abilities of these extracts to prevent tumor initiation and inhibit tumor growth <i>in vivo</i>, we also show that the <i>L. origanoides </i>extract, L42, is non-toxic<i> </i>to immunocompetent C57BL/6 mice, and have developed an <i>in vivo </i>model of human TNBC in athymic <i>nu/nu</i> mice. </p> <p>Collectively, our studies are the first to identify the anti-TNBC-specific properties of bioactive extracts from the <i>Lippia </i>species, and reveal that targeting NF-kB signaling and mitochondrial metabolism are potential avenues to new therapeutics against this subtype of breast cancer. Future work in our lab will focus on identifying the bioactive components (BACs) of the extract mediating its apoptotic effects, and shedding light on their protein binding partners within the cell.</p>

Die Gliazellen des enterischen Nervensystems galten lange Zeit lediglich als Packmaterial der Neuronen. Erst in den letzten Jahren rückte dieser Zelltyp in das Interesse der Forschung, weil mehrere Studien eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der Darmwandintegrität postulierten. Da bisher wenig über die immunphysiologischen Eigenschaften der enterischen Gliazellen bekannt war, wurde in dieser Arbeit deren Bedeutung bei der angeborenen intestinalen Immunantwort untersucht. Hierfür wurden Primärkulturen von enterischen Gliazellen eingesetzt, welche aus dem Plexus myentericus adulter Ratten stammten. Es wurde erstmalig nachgewiesen, dass enterische Gliazellen über Toll like und NOD-Rezeptoren (TLR 2, TLR 4, TLR 6, TLR 7, TLR 9, NOD 1, NOD 2) pathogene bakterielle Muster (PAMPs) erkennen. Dabei zeigte sich, dass eine enge Vernetzung zwischen den Toll-like-Rezeptoren besteht. Einerseits findet eine Liganden-spezifische Regulierung der Toll-like-Rezeptoren statt, anderseits beeinflussen TLR spezifische Liganden die mRNA-Expression weiterer Toll-like-Rezeptoren. In der Analyse der intrazellulären Signalweiterleitung konnte die Existenz verschiedener Adaptor- und Interaktionsmoleküle wie RICK und Myd88 sowie der IKK / NF κB Signalweg mit Degradierung von IκB α nach Aktivierung durch LPS belegt werden. Aktivierte enterische Gliazellen sind eine Quelle für pro- und anti-inflammatorische Interleukine (IL-1α, IL 1β, IL 6, IL-10, IL-12), TNF α und Chemokine (Ccl-2, Cxcl-9, Cxcl-10). Sie können somit weitere immunkompetente Zellen rekrutieren und agieren vermutlich als Schnittstelle zwischen der angeborenen und erworbenen Immunantwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit implizieren, dass es sich bei enterischen Gliazellen um einen zusätzlichen immunregulatorischen Zelltyp im Darm handelt, welcher aktiv bei der angeborenen Immunabwehr mitwirkt. Neben pro inflammatorischen Eigenschaften tragen enterische Gliazellen auch zur Darmprotektion während Entzündungsprozessen bei. Daraus ergibt sich eine komplexe Funktionalität der enterischen Gliazellen bei der immunologischen Homöostase im Darm.