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Mammary cancer is one of the leading causes of death in both the human and companion animal population. There are many histological and pathophysiological similarities between human and feline mammary cancer, therefore investigating the molecular pathways of disease progression in one species may provide useful information for both. The EGFR/MAPK signal transduction pathway is upregulated in many human breast tumors, and both EGFR and MAPK have been implicated as independent prognostic indicators for decreased survival times in human breast cancer patients. We report here that active MAPK levels can be detected in both peripheral white blood cells (WBC) and mammary adipose tissue in cats. Adipose tissue levels of active MAPK were similar to those observed in peripheral WBC, suggesting that WBC MAPK might serve as a useful biomarker in the diagnosis or follow-up treatment of disease. PUFA have been reported to influence breast cancer risk in humans, and may modulate the EGFR/MAPK pathway through a variety of mechanisms. Dietary PUFA n-6-to-n-3 ratio in cats was reflected in mammary adipose tissue and resulted in altered active MAPK levels in both adipose tissue and peripheral white blood cells, suggesting that PUFA may have similar effects on the feline and human MAPK pathway. In human breast tumor cell line studies, rather than having opposing effects, as was hypothesized, it was demonstrated that n-6 and n-3 PUFA exerted similar effects on EGFR+ breast tumor cell proliferation and activity of the EGFR/MAPK pathway. Slightly more than twice the concentration of n-3 PUFA was needed to elicit the same response as n-6 in cells. These results indicate n-6 and n-3 PUFA can modulate proliferation of EGFR+ tumor cells similarly and may be exerting their effects, in part, through the EGFR/MAPK pathway. Decreasing total PUFA intake, while increasing the n-3-to-n-6 PUFA ratio, may be practical as preventative or adjuvant therapy for breast cancer. / Ph. D.

Yes / Extracellular-signal-regulated kinase 5 (ERK5) is critical for normal cardiovascular development. Previous studies have defined a canonical pathway for ERK5 activation, showing that ligand stimulation leads to MEK5 activation resulting in dual phosphorylation of ERK5 on Thr218/Tyr220 residues within the activation loop. ERK5 then undergoes a conformational change, facilitating phosphorylation on residues in the C-terminal domain and translocation to the nucleus where it regulates MEF2 transcriptional activity. Our previous research into the importance of ERK5 in endothelial cells highlighted its role in VEGF-mediated tubular morphogenesis and cell survival, suggesting that ERK5 played a unique role in endothelial cells. Our current data show that in contrast to EGF-stimulated HeLa cells, VEGF-mediated ERK5 activation in human dermal microvascular endothelial cells (HDMECs) does not result in C-terminal phosphorylation of ERK5 and translocation to the nucleus, but instead to a more plasma membrane/cytoplasmic localisation. Furthermore, the use of small-molecule inhibitors to MEK5 and ERK5 shows that instead of regulating MEF2 activity, VEGF-mediated ERK5 is important for regulating AKT activity. Our data define a novel pathway for ERK5 activation in endothelial cells leading to cell survival. / This research was funded by grants from: North West Cancer Research (NWCR): M.J.C. and A.K.M.; Medical Research Council (MRC DiMeN PhD): M.J.C. and K.A.; Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC DTG Studentship): M.J.C., C.E.P.G., B.W. and G.N.N.; and Wellcome Trust Institutional Strategic Fund: M.J.C. and A.K.M.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第25181号 / 医博第5067号 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 川口 義弥, 教授 武藤 学, 教授 羽賀 博典 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) est une petite GTPase principalement connue pour son rôle dans la formation de vésicules au niveau de l’appareil de Golgi. Récemment, dans des cellules de cancer du sein, nous avons démontré qu’ARF1 est aussi un médiateur important de la signalisation du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) contrôlant la prolifération, la migration et l'invasion cellulaire. Cependant, le mécanisme par lequel l’EGFR active la GTPase ainsi que le rôle de cette dernière dans la régulation de la fonction du récepteur demeure inconnue. Dans cette thèse, nous avions comme objectifs de définir le mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules de cancer du sein hautement invasif et démontrer que l’activation de cette isoforme de ARF joue un rôle essentiel dans la résistance de ces cellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nos études démontrent que les protéines d’adaptatrices Grb2 et p66Shc jouent un rôle important dans l'activation de ARF1. Alors que Grb2 favorise le recrutement d’ARF1 à l'EGFR ainsi que l'activation de cette petite GTPase, p66Shc inhibe le recrutement du complexe Grb2-ARF1 au récepteur et donc contribue à limiter l’activation d’ARF1. De plus, nous démontrons que ARF1 favorise la résistance aux inhibiteurs des tyrosines kinases dans les cellules de cancer du sein hautement invasif. En effet, une diminution de l’expression de ARF1 a augmenté la sensibilité descellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nous montrons également que de hauts niveaux de ARF1 contribuent à la résistance des cellules à ces médicaments en améliorant la survie et les signaux prolifératifs à travers ERK1/2, Src et AKT, tout en bloquant les voies apoptotiques (p38MAPK et JNK). Enfin, nous mettons en évidence le rôle de la protéine ARF1 dans l’apoptose en réponse aux traitements des inhibiteurs de l’EGFR. Nos résultats indiquent que la dépletion d’ARF1 promeut la mort cellulaire induite par gefitinib, en augmentant l'expression de facteurs pro-apoptotiques (p66shc, Bax), en altérant le potentiel de la membrane mitochondriale et la libération du cytochrome C. Ensemble, nos résultats délimitent un nouveau mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules du cancer du sein hautement invasif et impliquent l’activité d’ARF1 comme un médiateur important de la résistance aux inhibiteurs EGFR. / The small GTPase ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) has been well described for its role in regulating transport within the Golgi. Recently, in breast cancer cells, we have characterized ARF1 as important mediator of epidermal growth factor receptor (EGFR) signals leading to cell proliferation, migration and invasion. However, the mechanisms regulating ARF1 activity downstream of the EGFR had yet to be defined. Here, we aim to characterize these mechanisms of ARF1 activation in invasive breast cancer cells and demonstrate that activated ARF1 plays an essential role in mediating the resistance of breast cancer cells to EGFR tyrosine kinase inhibitors. We show that the adaptor proteins Grb2 and p66Shc regulate EGF-dependent ARF1 activation. While Grb2 was shown to be essential in the recruitment of ARF1 to the EGFR as well as the activation of this small GTPase, p66Shc blocked the recruitment of this Grb2-ARF1 complex to the receptor and thus suppressed EGF-induced ARF1 activation. Additionally, we demonstrate that ARF1 promotes EGFR tyrosine kinase inhibitor resistance in invasive breast cancer cells. Indeed, the depletion of ARF1 was associated with an increased sensitivity to EGFR inhibition. We show that ARF1 promotes resistance by enhancing survival and proliferative signals through Erk1/2, Src and AKT, while blocking the apoptotic p38MAPK and JNK pathways. Furthermore, ARF1 was shown to stabilize EGFR dynamics (Expression, activation, dimerization and down-regulation) in response to treatment with EGFR inhibitors. Finally, we highlight the role of ARF1 in mediating mitochondrial-dependent apoptosis in response to EGFR tyrosine kinase inhibitor treatment. The depletion of ARF1 was shown to promote gefitinib-induced cell death as measured by increase expression of pro-apoptotic factors(p66Shc, Bax), altered mitochondrial membrane potential and cytochrome C release. Together, our results delineate a novel mechanism of ARF1 activation in breast cancer cells and implicate ARF1 activity as an important mediator of EGFR inhibitor resistance further supporting the importance of targeting this GTPase in breast cancer patients.

Le cetuximab est une thérapie ciblée dirigée contre le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) utilisée dans le cancer colorectal (CCR) en combinaison avec des chimiothérapies (5-FU, irinotécan et oxaliplatine). Sa fixation inhibe les voies de signalisation en aval du récepteur conduisant à une diminution de la prolifération et de la survie des cellules ciblées. Cependant, chez les patients atteint de CCR présentant une protéine KRAS mutée, le cetuximab est inefficace, de plus, la moitié des patients présentant une protéine KRAS wild-type ne répond pas non plus au cetuximab. Afin de découvrir des nouveaux biomarqueurs de sélection des patients qui pourraient bénéficier de ce traitement ou d'améliorer la réponse des patients, une meilleure connaissance des mécanismes d'action du cetuximab est nécessaire. Par exemple récemment, des études ont montré que la protéine p53 participait à la réponse au cetuximab. Il serait intéressant de savoir si le statut de cette protéine peut constituer un bon marqueur de réponse. Précédemment, nous avons montré que l'activation de la « mitogen activated protein kinase » p38 (MAPK p38) induit une résistance à l'irinotécan in vitro et in vivo et est un marqueur de non réponse à cette drogue. De plus, d'autres équipes ont montré que la MAPK p38 bloque également la réponse au 5-FU et participe à la cytotoxicité de l'oxaliplatine. Il semble alors que la MAPK p38 soit impliquée dans les mécanismes d'action des anti-tumoraux. Il est donc intéressant de savoir si la MAPK p38 participe également à la cytotoxicité des thérapies ciblées comme le cetuximab. Pour répondre à ces questions nous avons choisi de comparer deux lignées cellulaires de CCR KRAS wild-type mais au statut TP53 différent et qui répondent différemment au cetuximab: la lignée Caco2 (30% d'inhibition de la survie, TP53 muté) et la lignée DiFi (80% d'inhibition de la survie, TP53 sauvage). Nous avons effectué des tests de cytotoxicité combinant le cetuximab et l'inhibition transcriptionnelle ou pharmacologique de p38 ou l'inhibition transcriptionnelle de p53. Nous avons également testé l'apoptose et la prolifération induite par le cetuximab en l'absence de la MAPK p38 ou de p53. Enfin nous avons testé l'expression des gènes BIM, p27 et PUMA impliqués dans l'apoptose et la prolifération. Dans cette étude, nous avons démontré que la MAPK p38 et p53 participent à l'effet cytotoxique du cetuximab dans les cellules DiFi. En revanche, dans les cellules Caco2, la MAPK p38 bloque partiellement l'effet du cetuximab. Nous avons également montré l'implication de p38 et p53 dans l'apoptose induite par le cetuximab et l'implication de p38 dans l'inhibition de la prolifération. La protéine p38 est impliquée dans la régulation de ERK et dans la localisation nucléaire de FOXO3a responsable de l'expression des gènes BIM et p27. Enfin, nous avons montré que p38 a également un rôle dans le mécanisme d'action d'inhibiteurs de tyrosine kinase ciblant l'EGFR (lapatinib et erlotinib). Pour conclure, nous avons déterminé que p38 et p53 sont impliquées dans le mécanisme d'action du cetuximab. Nous avons décris l'implication de la voie p38-FOXO3a dans le mécanisme d'action du cetuximab. Enfin, p38 et p53 semblent être de bons biomarqueurs de réponse au cetuximab. / Cetuximab is used in colorectal cancer (CRC), as targeted therapy against the Epithelial Growth Factor receptor (EGFR), in association with chemotherapy (5-FU, oxaliplatin and irinotecan). Its binding inhibits signaling pathways downstream to the receptor leading to a decrease in proliferation and surviving. In KRAS mutated CRC patients, Cetuximab is ineffective, and half of KRAS Wild Type (WT) patients does not respond to Cetuximab either. Thus, a better knowledge of Cetuximab mechanism of action will help to improve response rate and to find new biomarkers of response. Recently, studies have shown that p53 protein is involved in the response to cetuximab. It would be interesting to know if the status of this protein could be a biomarker of response. Previously, we have shown that activation of the mitogen activated protein kinase p38 (p38MAPK) induces irinotecan resistance in vitro and in vivo and is a predictive factor of response to irinotecan. Moreover, others teams found that p38 MAPK also partially block 5-FU response and participate to oxaliplatin cytotoxicity. It seems that p38 is involved in mechanism of action of anti-tumor agent. The aim of our project is to determine, in KRAS WT colorectal cells, if p38 MAPK is involved as well in the cetuximab effect. In this aim, experiments were done on two KRAS WT CRC cell lines but with different p53 status which respond differently to Cetuximab: Caco2 cells (30% of survival inhibition, TP53 mutated) and DiFi cells (80% of survival inhibition, TP53 wild-type). Cytotoxic experiments combining cetuximab treatment and inhibition of p38MAPK or p53 by transcriptional inhibition or using a pharmacological inhibitor of p38 (SB202190) were performed. We assessed apoptosis and inhibition of proliferation by FACS analysis of cell cycle and DNA synthesis. In addition, BIM, PUMA and p27 expression were analyzed by QPCR and Western Blot. Our results showed that inhibition of p38MAPK enhances Cetuximab cytotoxic effect in Caco2 cells but impairs it in DiFi cells as inhibition of p53. We also observed that inhibition of p38 MAPK and p53 decreases cetuximab induced apoptosis and inhibition of p38 decrease anti-proliferative effect in DiFi cells. The prevention of cell death by SB202190 in cetuximab treated DiFi cells could be explained by ERK pathway activation and the decrease of FOXO3a nuclear localization leading to p27 and BIM expression decrease, respectively involved in cellular proliferation and mitochondrial apoptosis. Our results have shown the same inhibiting effect of SB202190 on the cytotoxic effect of two tyrosine-kinase inhibitors targeting EGFR (lapatinib and erlotinib) in DiFi cells indicating that p38MAPK implication is linked to inhibition of EGFR kinase activity not to Cetuximab only. We have shown that p38MAPK is involved in response to the inhibition of EGFR activity via nuclear localization of FOXO3a. p53 protein has also a role in cetuximab response. Both seem to be predictive factors of response to cetuximab therapy.

Bakgrund: Inom yrket som röntgensjuksköterska används dagligen kontrastmedel i samband med undersökningar. För att räkna ut hur mycket kontrastmedel som patienter ska erhålla för att förebygga kontrastinducerade njurskador används ekvationsformler för att räkna ut njurfunktionens glomerulära filtrationshastighet. Två formler som jämfördes var CKD-EPI och MDRD. Syfte: I denna litteraturstudie var syftet att jämföra vilken av de två mest förekommande ekvationsformler är mest optimal att använda för att räkna ut estimerat GFR. Metod: Denna studie genomfördes i form av en litteraturstudie där 11 artiklar kvalitetsgranskades och sammanställdes. Resultat: CKD-EPI-formeln uppvisade generellt bättre prestationsförmåga för noggrannhet, precision och avvikelse än MDRD-formeln för estimering av GFR. Dock hade båda ekvationerna svagheter och är inte universella då MDRD och CKD-EPI-formlerna inte är lämpliga att använda på alla individer. Slutsats: I dagsläget är CKD-EPI-formeln den som ter sig vara mest användbar, dock behövs det mer forskning för att kunna utveckla ekvationsformler som passar för alla typer av patienter. / Background: In the profession as radiology nurse contrast media is used daily in radiologic examinations. In order to determine the volume of contrast media that patients should be administered and to prevent contrast-induced nephropathy equation formulas are applied to calculate the kidney function glomerular filtration rate. Two formulas were compared the CKD-EPI and MDRD. Aim: In this literature study the aim was to compare which of the two most commonly used equation formulas is the most optimal for calculating estimated GFR. Methods: This study was conducted as a literature study, where 11 articles were quality assessed and compiled. Results: The CKD-EPI formula generally showed better performance for estimating GFR in accuracy, precision and bias than the MDRD formula. However, both equation formulas present inadequacies and are not universal as they are not applicable to all individuals. Conclusions: At the moment the CKD-EPI formula appears to be the most applicable, although more research is required in order to develop equation formulas which cater to all types of patients.