Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit.opg. en samenvatting in het Nederlands.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. 85-92. Publié aussi en version électronique.

YB-l est une protéine multifonctionnelle exprimée majoritairement au cytoplasme qui régule de façon globale la traduction. YB-l est également exprimée au noyau et agit comme facteur de transcription liant les séquences promotrices CCAA T inversées. De plus, YB-l participe à l'épissage alternatif et est impliquée dans la réparation de l'ADN. Il existe une corrélation entre l'expression nucléaire de YB-I dans les cellules tumorales et la résistance à la cisplatine, un composé largement utilisé en chimiothérapie. De plus, la déplétion de YB-I par un ARN antisens sensibilise les cellules à la cisplatine. In vitro, YB- 1 lie préférentiellement l'ADN contenant un pontage causé par la cisplatine et possède une activité exonucléase 3' -5'. Malgré ces nombreuses associations, le mécanisme par lequel YB-l confère la résistance à la cisplatine demeure toujours inexpliqué. Cette thèse contient les travaux entrepris dans le but de caractériser les fonctions de la protéine YB-I dans le mécanisme de résistance à la cisplatine. Nous avons démontré in vitro que la protéine YB-I purifiée avait la capacité de séparer préférentiellement différents duplex d'ADN contenant un pontage à la cisplatine ou un mésappariement et qu'elle possédait une activité endonucléase. Par chromatographie d'affinité, les protéines de la réparation MSH2, WRN, Ku80 et la polymérase 8 ont été co-purifiées avec YB-I. L'étude approfondie de l'interaction entre les protéines YB-I et WRN, protéine responsable du syndrome de vieillissement prématuré appelé Werner, a permis d'identifier la formation d'un complexe entre les protéines YB-l, p53 et WRN dans des foyers nucléaires dt:1 cellules exposées aux rayons ultraviolets. Ensuite, la caractérisation de l'interaction entre YB-I et hNTHI, une ADN glycosylase/ AP lyase impliquée dans l'initiation de la voie de réparation par excision de base, a démontré que YB-l se liait au domaine N-terminal auto-inhibiteur de hNTHI augmentant ainsi son activité in vitro. De plus, la déplétion de -hNTHI sensibilise spécifiquement les cellules à la cisplatine et aux rayons ultraviolets, même chez les cellules surexprimant YB-l. Finalement, nous avons déterminé que les activités de séparation des brins d'ADN, d'endonucléase et d'épissage alternatif ne sont pas essentielles à YB-I pour conférer une résistance à la cisplatine. Par contre, le changement global du profil d'expression des ARNm accompagnant la surexpression de YB-I et de sa forme tronquée dans des cellules de cancers du sein peut être associé à la résistance à la cisplatine observée.

Le traitement concomitant de radiothérapie et de chimiothérapie a amélioré le taux de survie des patients atteints du cancer. Le cisplatine est un des agents chimiothérapeutiques les plus utilisés, mais les mécanismes d'interaction avec la radiation demeurent toujours inconnus. Puisqu'une grande partie de la cellule est constituée d'eau, l'effet indirect de la radiation est alors important. Parmi les radicaux issus de la radiolyse de l'eau, l'électron hydraté est estimé incapable de générer des cassures de brin à l'ADN. Cependant, la modification structurelle et chimique de l'ADN par le cisplatine peut favoriser la cassure de brins. L'étude présentée dans cette thèse a pour but de comprendre le mécanisme d'interaction entre les électrons hydratés et l'adduit de cisplatine-oligonucléotide. Pour cela, différents types d'oligonucléotides contenant une ou deux guanines, soit le site d'attachement du cisplatine, sont utilisés. Cette interaction induit un détachement de l'adduit de cisplatine de l'ADN plutôt que des cassures de brin. Des dommages aux bases de l'ADN ont été observés et quantifiés par chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC). Les résultats montrent une augmentation des dommages aux bases de l'ADN en présence de cisplatine, soit aux guanines ainsi qu'aux sites qui ne sont pas les sites d'attachement de cisplatine. La constante de vitesse de la réaction des électrons hydratés avec le complexe d'oligonucléotide-cisplatine a été mesurée par la technique de radiolyse pulsée. Les résultats montrent une augmentation de cette constante en présence de cisplatine par rapport au cas d'un oligonucléotide en absence de cisplatine.

Le cisplatine est un agent anticancéreux actuellement utilisé en clinique. Ce composé, administré par voie intraveineuse, s'attaque aux cellules à prolifération rapide dont les cellules cancéreuses, mais il agit aussi sur certains organes sains. L'utilisation de ce médicament occasionne plusieurs effets secondaires ce qui affecte grandement la condition physique des patients. Le ciblage thérapeutique constituerait une solution à ce problème majeur dans le domaine du cancer. Une molécule résultant de la combinaison du cisplatine et de l'hormone sexuelle féminine, l'estradiol, fut synthétisée il y a quelques années dans le laboratoire du Dr. Bérubé à l'Université du Québec à Trois-Rivières. Cette dernière fut testée in vitro et in vivo, et les résultats se sont révélés très prometteurs. L'objectif de ce présent travail consiste à améliorer la synthèse de ce type de molécule ainsi que changer la structure de celle-ci, soit en variant la longueur de la chaîne alkyle séparant le dérivé cisplatine du stéroïde.

Abstract: Concomitant chemoradiation therapy based on platinum chemotherapeutic drugs (Pt-drugs) is a common treatment modality for several types of cancers and has dramatically improved patient survival. The radiosensitization capacity of Pt-drugs results essentially from their binding to nuclear DNA. Although several mechanisms such as increase in the radiation damage to DNA and inhibition of their repair have been proposed, the contribution and efficiency of the underlying molecular mechanisms of the radiosensitization remain unknown. This PhD thesis determines the relative efficiency of Pt-drugs, in terms of the type of drug and the quantity of Pt-DNA adducts, in the sensitization of DNA to the direct and indirect effects of ionizing radiations, and elucidates the major mechanism responsible for this radiosensitization. In particular, it addresses the role of low-energy electrons (LEEs), hydroxyl radicals and hydrated electrons in the radiosensitization of DNA modified by Pt-drugs. This thesis includes a review of the literature on the molecular basis of radiotherapy, Pt-based chemotherapy, and their combination in cancer treatment. Five articles, on which I am first author, are presented, and followed by a comprehensive discussion that integrates all results and their implications in the clinic and future research. With respect to the direct effect of radiation, LEEs are found to be the main species responsible for the enhancement in DNA damage, particularly cluster damage including DSB and interduplex cross-links. Irradiation of a 3199-bp plasmid DNA modified by an average of 2 Pt-drug adducts with 10-eV electrons results in significant increases in DSB formation by factors of 3.1, 2.5 and 2.4, respectively, for carboplatin, cisplatin and oxaliplatin relative to unmodified DNA. Irradiation of these samples with subexcitation-energy electrons (i.e., 0.5 eV) generates substantial number of DSB in the modified DNA, while no DSB is observed in the unmodified DNA. Since 0.5 eV is well below that energy required for the electronic excitation of organic molecules, dissociative electron attachment must be the main mechanism responsible for the formation of strand breaks in the presence of Pt-adducts. For indirect effects of radiation, our results show that both hydroxyl radicals and hydrated electrons are responsible for the enhanced formation of damage in modified DNA. In the presence of Pt-adducts, hydroxyl radicals mainly contribute to the SSB formation, while hydrated electrons are the main species responsible for the DSB formation. Our results indicate that carboplatin and oxaliplatin have higher efficiency than cisplatin in the enhancement of radiation damage to DNA. At low frquencies of Pt-DNA adducts (i.e., less than 3.1x10-4 adducts per nucleotide), radiosensitization of DNA, in terms of the damage per adduct, increases by an order of magnitude compared with that at large frquencies of adducts. In conclusion, Pt-drug modification is an extremely efficient means of enhancing the formation of DNA DSBs by both LEEs and hydrated electrons created by ionizing radiation.//Résumé: La radiochimiothérapie concomitante, basée sur les médicaments antinéoplasiques platinés (Pt-antinéoplasiquesm), est une modalité de traitement utilisé contre plusieurs types de cancers et a considérablement amélioré la survie des patients. Parmi ces médicaments anticancéreux, les analogues de platine sont les plus couramment utilisés. Leur capacité à radiosensibiliser résulte essentiellement de leur liaison à l'ADN nucléaire. Bien que plusieurs mécanismes aient été proposés telles que l'augmentation des dommages induits à l'ADN et l'inhibition de leur réparation, la contribution et l’efficacité des mécanismes moléculaires sous-jacents à la radiosensibilisation restent inconnus. La présente étude examine l'efficacité Pt-antinéoplasiques à sensibiliser l'ADN aux rayonnements ionisants et détermine le rôle des électrons secondaires, des radicaux d'hydroxyles et des électrons hydratés dans ce processus. Cette thèse comprend un revue des données scientifiques concernant la base moléculaire de la radiothérapie, de la chimiothérapie Pt-antinéoplasiques et de leur combinaison dans le traitement de cancer. Cinq articles, donc je suis premier auteur, sont présentés suivis d'une discussion qui intègre mes résultats et leurs implications dans la clinique et la recherche future. En ce qui concerne l'effet direct des radiations, les électrons de faible énergie s'avèrent être la principale espèce responsable de l’augmentation des dommages à l’ADN, en particulier les dommages multiples localisés, les CDBs et les pontages inter-brin. L'irradiation de plasmides de 3199 paires de bases, contenant en moyenne deux adduits Pt-ADN, avec des électrons de 10 eV conduit à une augmentation significative des CDBs par des facteurs de 3.1, 2.5 et 2.4, respectivement, pour le carboplatine, le cisplatine et l'oxaliplatine par rapport à l’irradiation des plasmides non modifiés. L'irradiation avec des électrons de 0.5 eV genère un nombre substantiel de CDBs dans les plasmides modifiés, alors qu'aucune CDB n'est observée dans les plasmides non modifiés. Puisque 0.5 eV est une énergie bien inférieure à celle nécessaire à l'excitation électronique des molécules organiques, l'attachement dissociatif de l’électron doit être le principal mécanisme responsable de la formation de cassures en présence de Pt-antinéoplasiques. Pour les effets indirects des rayonnements, nos résultats montrent que les radicaux hydroxyles et les électrons hydratés sont, tous les deux, responsables de la formation accrue des dommages dans l'ADN modifié. En présence d'adduits Pt-ADN, les radicaux hydroxyles contribuent principalement à la formation de cassures simple brin, tandis que les électrons hydratés sont les principales espèces responsables de la formation de CDBs. Nos résultats indiquent que le carboplatine et l'oxaliplatine sont plus efficaces que le cisplatine pour augmenter les dommages à l'ADN. À faible concentration de Pt-ADN (soit moins de 3.1x10[indice supérieur -4] adduit par nucléotide), la radiosensibilisation de l'ADN, en termes de dommages par adduit, est d'un ordre de grandeur supérieure à celle aux concentrations élevées. En conclusion, l’ajout de Pt-antinéoplasiques est un moyen extrêmement efficace d'augmenter la formation de CDBs dans l’ADN par l’intermédiaire des électrons de faible énergie et des électrons hydratés produits par les rayonnements ionisants. [symboles non conformes]

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 mars 2007). Bibliogr.

La dérégulation de l'oncogène c-myc sensibilise les cellules à la mort programmée induite par le cisplatine en agissant sur la voie mitochondriale de l'apoptose. Les membres de la famille de protéines Bcl-2 sont essentiels à la régulation de ce sentier apoptotique. Parmi ceux-ci on retrouve une sous-famille de protéines pro-apoptotiques incluant Bid, Bad, Bim, Noxa et PUMA qui ont comme caractéristique de posséder un domaine BH3 unique. Suite à divers stress cellulaires, ces protéines BH3 interagissent avec les autres membres de la famille Bcl-2 via le domaine BH3 et favorisent ainsi la sortie du cytochrome c de la mitochondrie et l'initiation de la cascade des caspases. / L'influence de la dérégulation de l'oncogène c-myc sur l'expression, la phosphorylation et/ou localisation intracellulaire des protéines BH3 a donc été analysée. Ainsi, il semble que Bid et Noxa ne soient pas impliquées car ni leur expression ni leur localisation intracellulaire sont influencées par c-Myc. Par contre, c-Myc augmente légèrement l'expression de Bim et module sa localisation intracellulaire. Les résultats démontrent également que la phosphorylation de Bad est négativement régulée par c-Myc, mais que son expression et sa localisation en sont indépendantes. Finalement, l'expression de PUMA, tant au niveau de l'ARNm que de la protéine, est augmentée par c-Myc, mais cette protéine ne semble pas jouer de rôle fonctionnel dans cette apoptose. Ainsi, au moins trois protéines BH3 sont modulées par c-Myc mais aucune n'a pu être identifiée clairement comme étant impliquée dans l'apoptose dépendante de c-Myc suite à un traitement au cisplatine.

Abstract: Advances in curing rectal cancer came from successful chemoradiotherapy. Platinum-based drugs such as oxaliplatin have also been studied and integrated in treatment strategies against rectal cancer. Although platinum-based drugs can act as radiosensitizers, their radiosensitizing activity is limited by their narrow therapeutic index which avoids the dose escalation. In addition, it is important also to optimize the schedule of drug administration with radiation treatment to gain advantage of drug-radiation interactions and maximize tumor response. We evaluated the new liposomal formulation of cisplatin and oxaliplatin (Lipoplatin and Lipoxal, respectively) that should increase the anticancer effectiveness while minimizing the side effects. We investigated different chemoradiation schedules to assess the best antitumor efficacy with regard to our hypothesis of the "true" concomitant chemoradiotherapy which consist in the addition of radiation at the time of maximum accumulation of platinum in the DNA of cancer cells. We performed in vitro studies using human colorectal carcinoma HCT116, and in vivo using nude mice HCT116 xenograft. Pharmacokinetic studies on platinum accumulation were measured by inductively coupled plasma mass spectrometry. Regarding the results of DNA-platinum concentrations, the synergy with radiation was assessed for in vitro and in vivo studies. Cytotoxicity was determined by a colony formation assay, while the resulting tumor growth delay in animal model was correlated to induction of apoptosis and histophatology analyses. The synergism of combined treatments was evaluated using the combination index method. In this study, a radiosensitizing enhancement was observed with combining radiation treatment with cisplatin, oxaliplatin and their liposomal formulations in both in vitro and in vivo studies. Variations of platinum accumulation with incubation time in normal and tumor tissues and in different cell compartments, as well as platinum-DNA were measured. A higher level of synergism was observed when radiotherapy was performed in vitro at 8 h of exposure and in vivo at 4 and 48 h after drug administration, which corresponded to the times of maximal platinum binding to tumor DNA. These results were correlated to a highest induction of apoptosis and a low mitotic activity. In conclusion, the optimal treatment schedule of chemoradiotherapy is dependent on the time interval between drug administration and radiation, which was closely associated to the kinetics of platinum accumulation to DNA and the intracellular concentration of the platinum drugs. Regarding our hypothesis, administered radiotherapy to the time intervals of maximum synergism could improve efficacy of chemoradiation treatment. This should be confirmed in clinical trials. //Résumé: Les progrès des traitements du cancer colorectal proviennent principalement des succès en chimio-radiothérapie. Toutefois, l'augmentation de l'activité radiosensibilisante du cisplatine et de l'oxaliplatine est principalement limitée par leur toxicité ce qui limite la dose administrée. Par conséquent, l’optimisation de la séquence et de la cédule d’administration entre la chimiothérapie et la radiothérapie devient essentielle pour maximiser l’interaction du rayonnement ionisant et de la chimiothérapie et ainsi optimiser la réponse tumorale. Notre objectif est de développer une cédule optimale de la chimio-radiothérapie pour obtenir la meilleure efficacité anti-tumorale tout en minimisant les effets secondaires aux tissus sains. Pour atteindre ce dernier objectif, nous avons également évalué la nouvelle formulation liposomale de cisplatine et d’oxaliplatine (Lipoplatin™ et Lipoxal™, respectivement) qui ont pour but d'accroitre l'efficacité anticancéreuse tout en réduisant les effets secondaires. Nous avons étudié la séquence optimale de radio-chimiothérapie en lien avec notre hypoThèse de "vraie" concomitance qui favorise l'ajout de rayonnement au moment de l'accumulation maximale de platine dans l'ADN des cellules cancéreuses. Nous avons effectué des études in vitro utilisant le carcinome colorectal humain HCT116, et in vivo sur des souris nue HCT116 xénogreffe. Les études pharmacocinétiques sur l'accumulation de platine ont été mesurées par spectrométrie de masse couplée au plasma induit. La cytotoxicité a été déterminée par un essai de formation de colonie, tandis que le retard de croissance tumorale obtenue en modèle animal est corrélé à l'apoptose et analyses histopathologiques. La synergie des traitements combinés a été évaluée en utilisant l'indice de combinaison. Dans cette étude, nous avons observé une amélioration de la radiothérapie combinée avec le cisplatine, l'oxaliplatine et leurs formulations de liposomes à la fois in vitro et in vivo. Des variations entre l'accumulation du platine dans les cellules cancéreuses, de tissus normaux et tumoraux, ainsi que des adduits du platine à ADN en fonction de la cédule d'administration du médicament ont été observées. Un fort effet concomitant in vitro a été observé lorsque la radiothérapie a été délivrée à 8 h et in vivo à 4 et 48 h après l'administration du médicament, ce qui correspondait au temps de liaison maximale du platine à l'ADN tumoral. L'augmentation de la radiosensibilisation a été corrélée à une élévation de l’apoptose et une réduction de l’activité mitotique. La cédule de traitement optimal de la chimio-radiothérapie dépend de l'intervalle de temps entre l'administration de la radiation et de la drogue, ce qui a été étroitement associé à la cinétique d’accumulation de platine à l’ADN et de leurs concentrations intracellulaires. En conclusion, les meilleurs résultats in vitro et in vivo pourraient être ultérieurement confirmés en essai clinique pour valider ces concepts.