Acquired cellular resistance to traditional chemotherapeutics is a common obstacle in the treatment of most cancer cell types. This resistance occurs as a result of changes in the underlying molecular mechanisms of disease progression. The development of novel chemotherapeutic approaches designed to enhance the efficacy of protypical anti-cancer drugs is important in order to overcome this issue. Such approaches will aid in understanding the biomolecular phenomena responsible for drug resistance and disease progression. Combining signaling pathway inhibitors has become an effective strategy for enhancing tumor cell death by targeting multiple pathways known to regulate cell survival. Pemetrexed, an FDA-approved anti-folate drug, targets thymidylate synthase (TS) and a secondary folate-dependent enzyme, 5’ aminoimidazole-carboximide ribonucleotide formyltransferase (AICART); both important for DNA synthesis. Studies performed by our collaborator demonstrated that TS inhibition causes intracellular accumulation of ZMP+ and activation of AMPK which is known to induce autophagy in mammalian cells. Previous studies from our lab and others showed that sorafenib, a multi-kinase inhibitor of Raf-1 and class III receptor tyrosine kinases, was able to induce a cytotoxic form of autophagy in a variety of tumor cell types. Combination treatment using pemetrexed and sorafenib in these cancer cells resulted in an enhancement of autophagy and cell lethality beyond that of individual drugs alone. Inhibition of autophagy suppressed the toxic interactions of these drugs in all cell types examined. Pemetrexed/sorafenib cotherapy also proved to be an effective treatment for triple negative breast cancer cells having advanced to a stage of estrogen independence. Fulvestrant-resistant MCF7 cells were more sensitive to the drug combination than parental, estrogen-dependent MCF7 cells. Breast cancer cells cotreated with pemetrexed and sorafenib exhibited enhanced MEK/ERK signaling, Src activation that was dependent on platelet-derived growth factor β (PDGFRβ) downregulation, elevated protein phosphatase 2A (PP2A) activity, and increased de novo ceramide synthesis. Studies using a mouse model of experimentally-induced breast cancer validated drug combination effectiveness through inhibition of tumor growth, while no deleterious effects on normal tissues were observed. The data presented demonstrates that pemetrexed/sorafenib cotreatment augments chemosensitivity in both in vitro and in vivo systems. Based upon these findings, a Phase I clinical trial involving pemetrexed and sorafenib in breast cancer patients with solid, recurrent tumors was begun in 2011. In conclusion, this work strongly supports a promising therapeutic utility for the pemetrexed/sorafenib combination in treatment of various cancer cell types.

O objetivo do estudo foi estudar a expressão de timidilato sintase (TS) como fator preditivo para eficácia de quimioterapia adjuvante com 5-fluorouracil (5-FU) e como fator prognóstico para sobrevida em pacientes portadores de câncer colorretal. Trata-se de estudo retrospectivo em uma série de 114 pacientes com carcinoma colorretal estádios II ou III, distribuídos em dois grupos: 1)cirurgia exclusiva (n=61); 2)cirurgia seguida de quimioterapia com 5-FU (n=53). A expressão de TS foi determinada por imunoistoquímica. Observou-se que a expressão intratumoral de TS foi capaz de selecionar pacientes que se beneficiaram com emprego de quimioterapia adjuvante, mas não se mostrou como variável independente para risco de recidiva ou óbito / The purpose of this study was trying to assess the value of TS expression as a predictive factor in the efficacy of adjuvant chemotherapy in colorectal cancer, as well as its independent prognostic value for survival. It deals with a retrospective study that assesses a series of 114 individuals with high risk colorectal cancer, distributed into two different groups: 1)surgery alone (n=61); 2)surgery and 5-FU-based chemotherapy (n=53). TS expression was determined by immunohistochemistry. We observed that TS expression may select patients that benefit from adjuvant chemotherapy, but it was not shown as an independent variable for the risk of recurrence or death

O objetivo do estudo foi estudar a expressão de timidilato sintase (TS) como fator preditivo para eficácia de quimioterapia adjuvante com 5-fluorouracil (5-FU) e como fator prognóstico para sobrevida em pacientes portadores de câncer colorretal. Trata-se de estudo retrospectivo em uma série de 114 pacientes com carcinoma colorretal estádios II ou III, distribuídos em dois grupos: 1)cirurgia exclusiva (n=61); 2)cirurgia seguida de quimioterapia com 5-FU (n=53). A expressão de TS foi determinada por imunoistoquímica. Observou-se que a expressão intratumoral de TS foi capaz de selecionar pacientes que se beneficiaram com emprego de quimioterapia adjuvante, mas não se mostrou como variável independente para risco de recidiva ou óbito / The purpose of this study was trying to assess the value of TS expression as a predictive factor in the efficacy of adjuvant chemotherapy in colorectal cancer, as well as its independent prognostic value for survival. It deals with a retrospective study that assesses a series of 114 individuals with high risk colorectal cancer, distributed into two different groups: 1)surgery alone (n=61); 2)surgery and 5-FU-based chemotherapy (n=53). TS expression was determined by immunohistochemistry. We observed that TS expression may select patients that benefit from adjuvant chemotherapy, but it was not shown as an independent variable for the risk of recurrence or death

La fonction d'une protéine est souvent subordonnée à l'interaction avec un certain nombre de partenaires. L'étude de la structure tridimensionnelle de ces complexes, qui ne peut souvent se faire expérimentalement, permettrait la compréhension de nombreux processus cellulaires. Le travail présenté ici se compose de deux parties. La première traite de la mise en place d'une fonction de score pour l'amarrage protéine-protéine et la deuxième de l'étude cristallographique d'une protéine tétramérique qui est une cible antibiotique potentielle : la thymidylate synthase X de Paramecium bursaria Chlorella virus. La modélisation des complexes protéine-protéine ou docking comporte deux étapes successives : d'abord, un grand nombre de conformations sont générées, puis une fonction de score est utilisée pour les classer. Cette fonction de score doit prendre en compte à la fois la complémentarité géométrique des deux molécules et les propriétés physico-chimiques des surfaces en interaction. Nous nous sommes intéressés à la seconde étape à travers le développement d'une fonction de score rapide et fiable. Ceci est possible grâce à la tessellation de Voronoï de la structure tridimensionnelle des protéines. En effet, les tessellations de Voronoï ou de Laguerre se sont avérées être de bons modèles mathématiques de la structure des protéines. En particulier, cette formalisation permet de faire une bonne description de l'empilement et des propriétés structurales des résidus. Cette modélisation rend compte l'empilement des résidus à l'interface entre deux protéines. Ainsi, il est possible de mesurer un ensemble de paramètres sur des complexes protéine-protéine dont la structure est connue expérimentalement et sur des complexes leurres générés artificiel- lement. Ces paramètres, sont la fréquence d'apparition des résidus ou des paires de résidus, les volumes des cellules de Voronoï, les distances entre les résidus en contact à l'interface, la surface de l'interface et le nombre de résidus à l'interface. Ils ont été utilisés en entrée de procédures d'apprentissage statistique. Grâce à ces procédures (apprentissage logistique, séparateurs à vaste marge (SVM) et algorithmes génétiques), on peut obtenir des fonctions de score efficaces, ca- pables de séparer les leurres des structures réelles. Dans un deuxième temps, j'ai déterminé expérimentalement la structure de la thymidylate synthase X, cible antibiotique de choix. La thymidylate synthase X est une flavoprotéine qui a été découverte récemment. Elle intervient dans la synthèse du dTMP chez la plupart des procaryotes mais n'existe pas chez les eucaryotes supérieurs. Cette protéine catalyse le transfert de methyle du tétrahydrofolate vers le dUMP grâce à son cofacteur le FAD et au NADPH qui intervient comme substrat. La structure tridimensionnelle de l'homotétramère de la thymidylate synthase X en présence de son cofacteur, le FAD, a été résolue à 2.4 Å par remplacement moléculaire. Comme pour les structures de thymidylate synthase X de Thermotoga maritima et de Mycobacterium tuberculosis précédemment résolues, le monomère se compose d'un coeur de feuillets β et de deux hélices α à son extrémité. Le site actif se trouve à l'interface de trois monomères, la partie isoalloxazine du FAD étant accessible au solvant et proche d'une longue boucle flexible. La fixation du FAD dans cette structure est légèrement différente de celles déjà observées par la conformation de la partie adénine. Cette structure, associée aux études de mutagénèse dirigée de nos collaborateurs, a permis de mettre évidence des résidus jouant un rôle majeur lors de la catalyse.