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­^ ¤å ºK ­n Nearly 400 taxane diterpenoids have been isolated and identified¡C Taxol is a diterpene amide natural product isolated from Taxus brevifolia. The clinical formulation of Taxol has received US FDA approval for treatment of chemotherapy refractory metastatic breast and ovarian cancers, and the drug has shown activity against other cancers in clinical trials. In order to discover new taxoid derivatives, the twigs and leaves of the Formosan Taxus sumatrana (Miq) de Laub. growing in the forest of Kaohsiung Liukuei area was collected for phytochemical and anti-tumor investigation. This investigation has resulted in the isolation of nineteen taxoids, which were identified as tasumatrol H (1)¡Btasumatrol I (2)¡Btasumatrol J (3)¡Btasumatrol K (4)¡Btasumatrol L (5)¡B10-deacetyl- 13-oxo baccatin III (6) ¡B 10- deacetyl baccatin III (7) 20-acetoxy-2£\-benzyloxy-4£\,5£\,7£\,9£\,13£\-pentahydroxy-11(15-1)11(10-9)bisabeotax-11-eno-10,15- lactone (8) ¡B5£\-hydroxy-2£\,7£],9£\,10£],13£\-tetraacetoxy 4(20) 11¡Vtaxadine (9)¡Btaxuspine F (10) ¡Bbaccatin IV (11)¡Bwalifoliol (12)¡B20-deacetyl texachitriene A (13)¡Btaxinin M (14)¡B7-epi-10 deacetyl taxol (15)¡BTaxol (16)¡Bbaccatin III (17)¡Btaxacin (18) ¡Byunnanxane (19).Among them, compounds 1¡B2¡B3¡B4¡B5 are new compounds from natural source. All structures were established primarily on the basis of 1D and 2D NMR techniques, including DEPT, COSY, HMBC and NOESY experiments. Tasumatrols I¡BJ and K (2-4) exhibited cytotoxicities against human Hepa59T/VGH¡BNCI¡BHela¡BDLD-1 and Med tumor cell lines.

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First-line treatment of breast and other cancers with Taxol is compromised by resistance in up to 40% of patients. To improve chemotherapy, it is vital to understand how Taxol resistance develops and to overcome this. Autotaxin (ATX) promotes cancer cell survival, growth, migration, invasion and metastasis. ATX converts extracellular lysophosphatidylcholine (LPC) into lysophosphatidate (LPA). As these lipids have been reported to affect cell signaling through their own G-protein-coupled receptors, ATX could modify the balance of this signaling. Also, ATX affects cell adhesion independently of its catalytic activity, We first investigated the interactions of ATX, LPC and LPA on the apoptotic effects of Taxol, which is commonly used in breast cancer treatment. LPC had no significant effect on Taxol-induced apoptosis in MCF-7 breast cancer cells, which do not secrete significant ATX. Addition of incubation medium from MDA-MB-435 melanoma cells, which secrete ATX, or recombinant ATX enabled LPC to inhibit Taxol-induced apoptosis of MCF-7 cells. Inhibiting ATX activity blocked this protection against apoptosis. We conclude that LPC has no significant effect in protecting MCF-7 cells against Taxol treatment unless it is converted to LPA by ATX. LPA strongly antagonized Taxol-induced apoptosis through stimulating phosphatidylinositol 3-kinase and inhibiting ceramide formation. LPA also partially reversed the Taxol-induced arrest in the G2/M phase of the cell cycle. Then, we described a novel action of LPA, which by activating phosphatidylinositol 3-kinase increases the expression of glycogen synthase kinase-3 and survivin. Survivin is an anti-apoptotic protein, which also increases the dynamicity of microtubules. Survivin decreased the effectiveness of Taxol in stabilizing microtubules and enabled MCF-7 breast cancer cells to escape from Taxol-induced arrest in G2/M and consequent cell death. Our work showed that inhibiting ATX activity and LPA-mediated signaling can reverse the resistance to Taxol-induced cell death. Our results support the hypothesis that therapeutic inhibition of ATX activity, which results in less LPA production, or inhibition of LPA signalling could improve the efficacy of Taxol as a chemotherapeutic agent for cancer treatment. / Medical Sciences - Laboratory Medicine and Pathology

Le cancer du sein est une cause importante de mortalité féminine en France et l’émergence de chimiorésistance, en particulier avec les taxanes, dont le paclitaxel (Taxol®), est une limite importante à l’emploi de ces molécules. Comme de nombreux anticancéreux, les taxanes ciblent les microtubules (MTs), des polymères de tubuline intervenant dans de nombreuses fonctions cellulaires. Ces derniers alternent entre des phases de croissance et de désassemblage, leur conférant ainsi un caractère dynamique. En se liant à la beta-tubuline, le Taxol stabilise les MTs et bloque la mitose, conduisant la cellule vers l’apoptose. La résistance au Taxol est un processus multifactoriel impliquant des mécanismes tels que la surexpression de pompes d’efflux (P-glycoprotéine), des mutations des gènes d’alpha- et de beta-tubuline ou une expression altérée de protéines associées aux MTs (MAPs) telles que MAP4 (stabilisatrice des MTs) ou la stathmine (dépolymérisante), contribuant ainsi à la restauration de la dynamique microtubulaire.Le projet repose sur l’emploi de la lignée tumorale mammaire MDA-MB 231 rendue résistante par paliers à 25nM de Taxol dans des conditions de blocage des pompes d’efflux. L’objectif étant d’explorer les variations protéiques de l’environnement des MTs associées au phénotype chimiorésistant, nous avons comparé le protéome d’extraits microtubulaires de cellules sensibles (Tv) et résistantes au Taxol (T8). Parmi les 112 protéines statistiquement enrichies dans une des deux populations de MTs, on retrouve notamment une augmentation des tubulines beta III et IV, une augmentation et une diminution respectives des moteurs moléculaires kinésine-1 et dynéine ainsi que l’enrichissement de plusieurs septines (SEPT2, 8, 9 et 11) dans les fractions de MTs T8. Les septines sont des GTPases associées en complexes hétéro-oligomériques impliquées dans la cytocinèse et l’organisation du cytosquelette de MTs et d’actine. Le recrutement de ces protéines candidates sur les MTs des cellules T8 a été validé par Western blot (Froidevaux-Klipfel et al., 2011) et immunofluorescence. Dans la littérature, les septines sont décrites comme étant localisées soit au niveau de l’actine soit au niveau des MTs dans les cellules de mammifères. De façon intéressante, dans nos cellules MDA-MB 231, nous observons un recrutement partiel de SEPT2 sur les fibres d’actine dans les cellules Tv alors qu’elle colocalise avec les MTs des cellules T8. Bien que la dépolymérisation de l’actine dans les cellules Tv n’entraine aucun déplacement des septines vers les MTs, cette localisation différentielle des septines sur les MTs des cellules résistantes pourrait néanmoins participer au phénotype chimiorésistant.Par ailleurs, il a été décrit dans la littérature que SEPT2 se lie aux MTs polyglutamylés afin de faciliter le transport vésiculaire à la membrane de protéines impliquées dans la polarisation cellulaire. La polyglutamylation est une modification post-traductionnelle permettant la formation de chaines latérales d’un à plusieurs résidus glutamate sur les tubulines alpha ou beta, régulant ainsi les interactions entre MTs et MAPs. Nos résultats montrent que l’accumulation des septines sur le réseau de MTs des cellules T8 s’accompagne d’une augmentation de la polyglutamylation mais aussi de la tyrosination de la tubuline. De plus, des tests de viabilité cellulaire ont mis en évidence que l’inhibition partielle par RNAi des septines ainsi que des polyglutamylases et de la tubuline tyrosine ligase, comme la surexpression d’enzymes responsables de la déglutamylation de la tubuline, permettent de restaurer une certaine sensibilité au Taxol des cellules T8. Inversement, la surexpression de certaines enzymes responsables de la polyglutamylation et de la tyrosination de la tubuline dans les cellules Tv permet d’instaurer une résistance au Taxol des cellules sensibles.La compilation de nos résultats permet de proposer un nouveau mécanisme de résistance au Taxol des cellules cancéreuses mammaires MDA-MB 231 : une augmentation du niveau de tyrosination de l’alpha-tubuline serait à l’origine de l’allongement des chaînes polyglutamylées sur le MT entraînant une diminution de la liaison de la protéine stabilisatrice MAP4 ainsi que le recrutement des septines sur les MTs. Ces modifications favoriseraient alors le recrutement du facteur de sauvetage CLIP-170 et de kinésines dépolymérisantes telles que MCAK à l’extrémité en croissance du MT des cellules résistantes T8, permettant une certaine restauration de la dynamique microtubulaire et contribuant ainsi à l’apparition du phénotype chimiorésistant.Ces études sont indispensables pour établir les bases d’un nouveau mécanisme de résistance au Taxol impliquant les septines, ainsi qu’un lien de causalité avec la tyrosination et la polyglutamylation. Au-delà, la recherche de ces modulations clés pourra être réalisée sur des cancers mammaires sensibles et résistants au Taxol, issus de biopsies de patients. Ainsi, il sera possible à terme, de déterminer si les septines, la tyrosination et la polyglutamylation de la tubuline ont une véritable importance fonctionnelle dans la résistance de cancers du sein au Taxol. / Breast cancer remains the leading cause of women mortality in France, and chemoresistance emergence, in particular to taxanes, including paclitaxel (Taxol®), is an important limitation to the use of these molecules. As do many anticancer drugs, taxanes target microtubules (MTs), tubulin polymers involved in many cellular functions. These alternate between growing and shrinking stages, thus providing dynamic instability. By binding to beta-tubulin, Taxol stabilizes MTs and prevents successful mitosis, leading to apoptosis. Taxol resistance is a multifactorial process including mechanisms such as overexpression of drug efflux pumps (P-glycoprotein), mutations in the genes for alpha- and beta-tubulin or altered expression of MT-associated proteins (MAPs) like the MT-stabilizing MAP4 or the depolymerizing stathmin, therefore contributing to MT dynamics restoration.The current project relies on the use of the breast carcinoma cell line MDA-MB 231 made gradually resistant to 25nM of Taxol under blocking conditions of efflux pumps. To get a broader insight into the protein modifications from the MT environment associated with the chemoresistant phenotype, we compared the proteomic profiles of total MT fractions from Taxol-sensitive (Tv) and Taxol-resistant (T8) cells. Among the 112 differentially enriched proteins found in one of the two populations, we evidenced increased levels of betaIII and betaIV-tubulins, a slight increase and a decrease of molecular motors kinesin-1 and dynein, respectively, and the enrichment of several septins (SEPT2, 8, 9 and 11) in MT fractions of T8 cells. Septins are GTPases that associate into hetero-oligomeric complexes involved in cytokinesis and in MT and actin cytoskeleton organization. Recruitment of these candidate proteins on MTs of T8 cells has been validated by Western blot analysis (Froidevaux-Klipfel et al., 2011) and immunofluorescence experiments.In the literature, septins localize either on actin or MTs in mammalian cells. Interestingly, in our MDA-MB 231 cells, SEPT2 is recruited partially on actin stress fibers in sensitive Tv cells, whereas it colocalizes with MTs in T8 ones. Although actin depolymerization in Tv cells does not induce any shift towards MTs, this differential localization of septins on MTs of resistant cells could nevertheless participate in the chemoresistant phenotype.Furthermore, it has been described in the literature that SEPT2 binds to polyglutamylated MTs to facilitate vesicular transport to the plasma membrane of proteins implicated in cell polarization. Polyglutamylation is a post-translational modification allowing the formation of side-chains of several glutamate residues on alpha- or beta-tubulins, thus regulating interactions between MTs and MAPs. Our results show that septin accumulation on the MT network of T8 cells is associated with an increase in polyglutamylation but also tyrosination of tubulin. In addition, cell viability assays showed that partial inhibition by RNAi of septins as well as polyglutamylases and tubulin tyrosine-ligase, but also overexpression of enzymes responsible for tubulin deglutamylation, could restore Taxol sensitivity of T8 cells. By contrast, overexpression of enzymes responsible for tubulin polyglutamylation and tyrosination in Tv cells could induce Taxol resistance of sensitive Tv cells.The compilation of our results enables us to provide a new mechanism of Taxol resistance of the breast cancer cells MDA-MB 231: an increased level of alpha-tubulin tyrosination would induce the lengthening of polyglutamylated chains on the MT, resulting in a reduced binding of the stabilizing protein MAP4 as well as the recruitment of septins on MTs. These modifications would promote the recruitment of the rescue factor CLIP-170 and that of depolymerizing kinesins such as MCAK to the growing end of the MT of resistant T8 cells, leading to a restoration of MT dynamics, thus contributing to the emergence of the chemoresistant phenotype.These studies are essential to lay the basis for a new mechanism of Taxol resistance involving septins, and a causal relationship to tyrosination and polyglutamylation. Beyond, the search for these key modulations will be performed on Taxol sensitive and resistant breast cancers, from patients’ biopsies. Thus, it will be eventually possible to determine whether septins, tubulin tyrosination and polyglutamylation have a real functional importance in breast cancer resistance to Taxol.

L’émergence de phénomènes de résistance au paclitaxel (Taxol®), un agent stabilisateur de microtubules (MTs), est un obstacle majeur au succès de cette molécule dans les chimiothérapies anticancéreuses et limite son utilisation. Au laboratoire, un nouveau mécanisme de résistance au Taxol® a été mis en évidence dans les cellules tumorales mammaires MDA-MB 231. Il est basé sur une restauration de la dynamique microtubulaire et implique i) deux modifications post-traductionnelles de la tubuline (MPTs), la détyrosination/retyrosination et la polyglutamylation et ii) la surexpression et la relocalisation du cytosquelette d’actine sur les MTs de plusieurs septines, des GTPases filamenteuses impliquées dans la cytocinèse et la compartimentation membranaire. Plus précisément, une boucle fonctionnelle entre le recrutement des septines et la polyglutamylation des MTs a été démontrée : la polyglutamylation de la tubuline stimule le recrutement des septines sur les MTs et les septines jouent un rôle de protéine d’échafaudage pour les enzymes responsables de la polyglutamylation, favorisant l’élongation des chaines latérales de glutamate. Toutes ces modifications résultent en un recrutement accru sur les MTs de deux +TIPs, la kinésine dépolymérisante MCAK et le facteur de sauvetage CLIP-170, permettant ainsi de maintenir une dynamique microtubulaire malgré la présence du paclitaxel.De plus, l’étude de la contribution relative de chacun de ces acteurs dans ce mécanisme de chimiorésistance a permis de montrer que la stimulation de la polyglutamylation associée à la surexpression d’un ensemble de septines incluant la SEPT9_i1 est indispensable et suffisante pour induire une relocalisation des septines des microfilaments d’actine vers les MTs, une augmentation de la liaison de CLIP-170 et de MCAK aux MTs et une résistance au paclitaxel, non seulement dans les MDA-MB 231 mais aussi dans un certain nombre de lignées cellulaires sensibles (RPE-1, HeLa et CHO). L’analyse de ce phénomène a par ailleurs permis de montrer qu’à l’état basal, dans des cellules chimiosensibles, les MTs jouent un rôle essentiel dans l’organisation subcellulaire des filaments de septines sur l’actine, qu’un transport dépendant de la kinésine-1 était impliqué. / Acquired resistance to the microtubule (MT)-stabilizing agent paclitaxel (Taxol®) is a major obstacle for successful chemotherapy and limits its use as an anticancer drug. We evidenced a new mechanism of Taxol® resistance acquired by MDA-MB 231 breast cancer cells which is based on the restoration of MTs dynamics and involves i) two tubulin post-translational modifications (PTMs); detyrosination/retyrosination and polyglutamylation, and ii) overexpression and relocalization from the actin microfilaments to the MT network of several septins, a family of filamentous GTPases implicated in cytokinesis and membrane compartmentalization. More precisely, a functional loop between septin recruitment to MTs and tubulin polyglutamylation has been uncovered: tubulin polyglutamylation stimulates septin association with MTs, and septins act as scaffold proteins for tubulin polyglutamylation enzymes, thus promoting the elongation of lateral polyglutamate chains. Altogether, these modifications enhance the recruitment to MTs of two +TIPs, the MT-depolymerizing kinesin MCAK and the rescue factor CLIP-170, which would in turn compensate for paclitaxel-mediated inhibition of MT dynamics.Studying the relative contribution of each of these actors in this new chemoresistance mechanism further showed that stimulation of tubulin polyglutamylation together with the overexpression of a panel of septins that comprised the SEPT9_i1 isoform were necessary and sufficient to relocate septin filaments from actin microfilaments to MTs, to increase the binding of CLIP-170 and MCAK to MTs and to induce Taxol®-resistance, not only in MDA-MB 231but also in several other Taxol®-sensitive cell lines (RPE-1, HeLa and CHO). The analysis of this phenomenon also showed that, in Taxol®-sensitive cells, MTs play an essential role in the assembly and subcellular localization of septin filaments to actin microfilaments, and that a kinesin1-dependent transport is involved.

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